DE2652605A1 - MEMBRANE MODULE FOR REVERSE OSMOSIS OR ULTRAFILTRATION - Google Patents
MEMBRANE MODULE FOR REVERSE OSMOSIS OR ULTRAFILTRATIONInfo
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Classifications
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- Y02A20/131—Reverse-osmosis
Description
VON KREISLER SCHÖNWALD MEYER EISHOlD FUES VONKREISLER KELLER SELTlXGBY KREISLER SCHÖNWALD MEYER EISHOlD FUES VONKREISLER KELLER SELTlXG
PATENTANWÄLTE Dr.-Ing. von Kreisler f 1973PATENT LAWYERS Dr.-Ing. by Kreisler f 1973
Dr.-Ing. K. Schönwald, Köln Dr.-Ing. Th. Meyer, Köln Dr.-Ing. K. W. Eishold, Bad Soden Dr. J. F. Fues, Köln Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Köln Dipl.-Chem. Carola Keller, Köln Dipl.-Ing. G. Seifing, KölnDr.-Ing. K. Schönwald, Cologne Dr.-Ing. Th. Meyer, Cologne Dr.-Ing. K. W. Eishold, Bad Soden Dr. J. F. Fues, Cologne Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Cologne Dipl.-Chem. Carola Keller, Cologne Dipl.-Ing. G. Seifing, Cologne
Ke/Ax/ToKe / Ax / To
5 Köln ι 18. November 19765 Cologne ι November 18, 1976
DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOFDEICHMANNHAUS AT THE MAIN RAILWAY STATION
Consiglio Nazionale delle Ricerche, Piazzale delle Scienze, 7, Rom (Italien)Consiglio Nazionale delle Ricerche, Piazzale delle Scienze, 7, Rome (Italy)
Die Erfindung betrifft einen Membranmodul für die Verwendung zur umgekehrten Osmose oder für Ultrafiltrationsverfahren. The invention relates to a membrane module for use in reverse osmosis or for ultrafiltration processes.
Verschiedene Typen von Membranmodulen, die bei Verfahren zur Abtrennung von gelösten Stoffen (im allgemeinen Salzen wie NaCl oder organiscshen Verbindungen) aus im allgemeinen wässrigen Lösungen unter Anwendung des Prinzips der umgekehrten Osmose oder der Ultrafiltration verwendet werden, sind bereits bekannt. Es gibt die verschiedensten praktischen Anwendungen dieser Trennverfahren.Different types of membrane modules used in solute separation processes (generally Salts such as NaCl or organic compounds) from generally aqueous solutions using the principle of reverse osmosis or ultrafiltration are already known. It are the most diverse practical applications of these separation processes.
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Telefon: (02 21) 23 4541 - 4 · Telex: 888 2307 dopa d ■ Telegramm: Dompalent KölnTelephone: (02 21) 23 4541 - 4 · Telex: 888 2307 dopa d ■ Telegram: Dompalent Cologne
Außer bei der Entsalzung von Meereswasser und Brackwasser werden gute Ergebnisse u.a. beim Konzentrieren von Lösungen von organischen und anorganischen Verbindungen, beim Entsalzen von Wasser, bei der Reinigung von verunreinigtem Wasser und bei der Aufbereitung von Abwässern im allgemeinen zur Rückgewinnung der darin enthaltenen Produkte erzielt.Except for the desalination of sea water and brackish water, good results are obtained, for example, when concentrating of solutions of organic and inorganic compounds, when desalinating water, when cleaning of contaminated water and in the treatment of waste water in general for recovery of the products it contains.
Die hauptsächlichen bekannten Module sind diejenigen vom Typ der schlauchformigen Membranen, die aus einem Bündel von Schläuchen aus porösem und druckfestem Material bestehen, auf die im allgemeinen innen Membranen für die umgekehrte Osmose oder Ultrafiltration aufgebracht sind. Diese Art von Modul hat den Nachteil, daß sie nicht sehr kompakt ist (niedriges Verhältnis von Oberfläche der Membranen zum Modulvolumen), einen geringen Wirkungsgrad hat (im allgemeinen in der Größenordnung von 50 nr/Tag pro nr Modul im Falle der umgekehrten Osmose zum Entsalzen von Wasser, dasThe main known modules are those of the tubular membrane type, which consist of a bundle of tubes made of porous and pressure-resistant material to which, generally inside, membranes for reverse osmosis or ultrafiltration are applied. This type of module has the disadvantage that it is not very compact (low ratio of membrane surface area to module volume), has low efficiency (generally of the order of 50 nr / day per nr module in the case of reverse osmosis for desalting of water that
10.000 ppm NaCl enthält, unter einem Druck von 40 kg/cm ) und außerdem eine lange, komplizierte und kostspielige Herstellung erfordert.Contains 10,000 ppm NaCl, under a pressure of 40 kg / cm) and also requires a long, complicated and expensive manufacture.
Ein anderer bekannter Modultyp, der wendelförmig gewundene Modul, besteht aus zwei flachen Membranen, die längs ihrer Außenränder verschweißt, von einer dünnen, porösen, flexiblen und druckfesten Trennwand abgestützt und wendelförmig um ein zentrales Rohr gewunden sind, in das ein Unterteilungsnetz eingesetzt ist, das einen Kanal auf der Zulaufseite bildet. Das Ganze ist in einem druckfesten Rohr untergebracht. Das entsalzte WasserAnother known type of module, the helically wound module, consists of two flat membranes that welded along their outer edges, supported by a thin, porous, flexible and pressure-resistant partition and are helically wound around a central tube into which a partition network is inserted, the one Forms channel on the inlet side. The whole is in one housed pressure-resistant pipe. The desalinated water
im Falle der Entsalzung von Meereswasser oder Brackwasser -,nachstehend der Einfachheit halber als "Permeat" bezeichnet, folgt einem spiralförmigen Weg längs der porösen Trennwand, bis es das zentrale Rohr erreicht.in the case of desalination of sea water or brackish water - hereinafter referred to as "permeate" for the sake of simplicity , follows a spiral path along the porous partition until it reaches the central tube.
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Diese Art von Modul hat den Nachteil, daß er hauptsächlich auf Grund des bis zum zentralen Rohr spiralförmig gewundenen Weges des Permeats in der porösen Trennwand gewisse Abmessungen (wenige Quadratmeter Membran) und auf Grund des erheblichen Druckabfalls eine gewisse Länge nicht überschreiten kann. Ferner muß der gesamte Modul verworfen werden, wenn die Membran unbrauchbar wird.This type of module has the disadvantage that it is spiral-shaped mainly due to the fact that it extends up to the central tube winding path of the permeate in the porous partition wall certain dimensions (a few square meters Membrane) and, due to the considerable pressure drop, cannot exceed a certain length. Further the entire module must be discarded if the membrane becomes unusable.
Ein dritter Typ der bekannten Module, der sogenannte Platten-und-Rahmen-Typ, enthält flache Membranen, die gewöhnlich die Form einer kreisrunden Krone haben, die in druckdichten Paketen zwischen porösen Platten und Trennwänden eingeklemmt sind. Die ersteren sind notwendig, um den Austritt des Permeats zu ermöglichen, und die letzteren bilden die Kanäle auf der Zuführungsseite. A third type of known module, the so-called plate-and-frame type, contains flat membranes which usually in the form of a circular crown, enclosed in pressure-tight packages between porous plates and partitions are jammed. The former are necessary to allow the permeate to escape, and the latter form the channels on the feed side.
Auch diese Art von Modul hat den Nachteil, daß sie wenig kompakt (niedriges Verhältnis von Membranoberfläche zu Modulvolumen) und durch einen niedrigen Wirkungsgrad (etwa 50 nr/Tag pro nr Modul im Falle des Entsalzens von Wasser, das 10.000 ppm NaCl enthält,This type of module also has the disadvantage that it is not very compact (low ratio of membrane surface area to module volume) and due to a low level of efficiency (around 50 no / day per no module in the case of desalination of water containing 10,000 ppm NaCl,
unter einem Druck von 40 kg/cm ) gekennzeichnet ist, umfangreiche Arbeit zum Auswechseln der Membranen erfordert und daß die Membranen, wenn sie zur Erzielung von Druckdichtigkeit im Paket festgeklemmt sind, sich bleibend deformieren und ihre osmotischen Eigenschaften in den Einklemmbereichen verlieren, so daß sie nicht erneut eingebaut werden können, da sich Kontaktflächen zwischen zugeführter Lösung und Permeat bilden würden.under a pressure of 40 kg / cm) requires extensive work to change the membranes and that the membranes, when they are clamped to achieve pressure tightness in the package, permanently deform and their osmotic properties lose in the pinch areas, so that they can not be re-installed, as there are contact surfaces would form between the supplied solution and permeate.
Ein vierter Modultyp ist der mit Hohlfasern versehene Modul, bei dem die Membranen die Form von HohlfasernA fourth type of module is the module provided with hollow fibers, in which the membranes take the form of hollow fibers
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mit einem Innendurchmesser von einigen hundertstel Millimeter haben und die unter Druck zugeführte Lösung die Fasern außen durchströmt, während das Permeat sich im Innern der Fasern sammelt. Das Hohlfaserbündel ist in einem druckfesten, gewöhnlich zylindrischen Behälter enthalten. Die Hauptnachteile, die für diese Art von Modul typisch sind, sind dadurch bedingt, daß das Hohlfaserbündel leicht verschmutzt wird und, wenn die Membranen sich - wenn auch nur teilweise - verändern, der gesamte Modul ersetzt werden muß.with an inside diameter of a few hundredths of a millimeter and the solution supplied under pressure flows through the fibers on the outside, while the permeate collects inside the fibers. The hollow fiber bundle is contained in a pressure-resistant, usually cylindrical container. The main disadvantages for this type of Module are typical, are due to the fact that the hollow fiber bundle is easily soiled and, if the membranes change - even if only partially - the entire module must be replaced.
Kürzlich wurde ein weiterer Modultyp vorgeschlagen, der ! aus flachen Membranen besteht, die in Paketen oder Gruppen mit abwechselnd eingefügten Distanzstücken zur Bildung von Zuführungskanälen und porösen Trennwänden zum Sammeln des Permeats zusammengefaßt sind. Das Ganze ist in einem druckfesten zylindrischen Behälter enthalten. In diesem Modul sind die Membranen, Distanzstücke und porösen Trennwände an einer Stelle oder an mehreren Stel- ι len durchbohrt und druckdicht miteinander festgeklemmt, . ■ um die Austrittskanäle für das Permeat zu bilden.Another type of module has recently been proposed which! consists of flat membranes that form in packets or groups with alternately inserted spacers of supply channels and porous partitions for collecting the permeate are combined. The whole is contained in a pressure-resistant cylindrical container. In this module are the membranes, spacers and porous partitions in one place or in several places len pierced and clamped together pressure-tight,. ■ to form the outlet channels for the permeate.
Dieser Modultyp hat den Hauptnachteil, daß durch das Fest-, klemmen des Pakets, das zur Erzielung der Druckdichtigkeit in der Nähe der Permeat-Austrittskanäle notwendig ] ist, die Membranen einer Deformierung und Veränderung in den Klemmbereichen unterliegen, so daß sie ein zweites Mal nicht eingesetzt werden können. Ferner ist die mit dem Zusammensetzen der Reihe von Membranelementen j verbundene Arbeit kompliziert und sehr zeitraubend. !This type of module has the main disadvantage that the fixed, clamping of the package, which is necessary to achieve pressure tightness in the vicinity of the permeate outlet ducts] is, the membranes are subject to a deformation and change in the clamping areas, so that they a second Times cannot be used. Furthermore, the assembly of the row of membrane elements j related work complicated and very time consuming. !
Die Erfindung stellt sich somit die Aufgabe, einen von ·The invention thus has the task of providing one of
den vorstehend genannten Nachteilen freien Membran- ■the aforementioned disadvantages free membrane ■
modul für die umgekehrte Osmose oder für Ultrafiltra- \ module for reverse osmosis or for ultrafiltra \
tionsverfahreη verfügbar zu machen. jtion process to make available. j
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Diese und weitere Aufgaben werden durch einen für die umgekehrte Osmose oder Ultrafiltration bestimmten Membranmodul gelöst, der aus einem druckfesten, vorzugsweise zylindrischen Behälter besteht, der mit Stutzen für die Zuführung der Ausgangslösung und für den Austritt des Permeats und Konzentrats besteht und eine oder mehrere Gruppen oder Pakete aus zwei oder mehr sandwichförmigen Elementen enthält, die durch Distanzstücke voneinander getrennt sind und gemäß der Erfindung aus zwei flachen Membranen für die umgekehrte Osmose oder für die Ultrafiltration bestehen, die vorzugsweise quadratisch oder rechteckig und von einer eingefügten druckfesten und vorzugsweise flexiblen porösen Trennwand oder Platte von geringer Dicke getrennt sind, eine größere Oberfläche als die poröse Trennwand aufweisen und so miteinander verschweißt und verklebt sind, daß vollkommene Druckdichtigkeit erzielt wird und die poröse Trennwand wie in einer Tasche eingeschlossen ist, an die ein oder mehrere kleine Rohre als Austritt für das Permeat geschweißt oder geklebt sind. Diese an das Sandwichelement auf den Innenseiten der Membranen und gegebenenfalls auch an die poröse Trennwand geschweißten oder geklebten Rohre müssen dem Außendruck widerstehen.These and other tasks are performed by a membrane module designed for reverse osmosis or ultrafiltration solved, which consists of a pressure-resistant, preferably cylindrical container with nozzle for the supply of the starting solution and for the exit of the permeate and concentrate consists and one or more Contains groups or packets of two or more sandwich-shaped elements separated by spacers are separated and according to the invention of two flat membranes for reverse osmosis or for ultrafiltration exist, which are preferably square or rectangular and of an inserted pressure-resistant and preferably flexible porous partition or plate of small thickness are separated, a larger surface area have as the porous partition and are welded and glued together so that perfect Pressure tightness is achieved and the porous partition is enclosed as in a bag to which one or several small pipes are welded or glued as an outlet for the permeate. This to the sandwich element welded or glued to the inside of the membranes and optionally also to the porous partition Pipes have to withstand the external pressure.
Die Distanzstücke, die die Aufgabe haben, die Sandwichelemente voneinander zu trennen, bestehen gemäß der Erfindung aus einem Rahmen, der eine größere Gesamtfläche als die Membranen hat und in seinem mittleren Teil ein Unterteilungsnetz vorzugsweise aus einem gewellten Sieb hat, das eine kleinere Oberfläche als die Membranen ' hat und dazu dient, die zugeführten Flüssigkeitsströme zu regeln und zu verteilen und auch als Mittel zur ' Steigerung der Turbulenz wirksam ist.The spacers that do the job, the sandwich panels to separate from each other, consist according to the invention of a frame, which has a larger total area as the membranes and in its central part a dividing network, preferably made of a corrugated screen has, which has a smaller surface area than the membranes and serves to control the liquid flows to regulate and distribute and is also effective as a means of increasing the turbulence.
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Der Distanzrahmen ist mit Löchern versehen, die Eintritts- und Austrittskanäle für die Ausgangslösung bilden. Die Löcher im Distanzrahmen können so angeordnet werden, daß jede beliebige Verbindung in Serie oder parallel zwischen den aufeinanderfolgenden Kanälen des Pakets von Membranelementen auf der Eintrittsseite möglich ist..The spacer frame is provided with holes, the inlet and outlet channels for the initial solution form. The holes in the spacer frame can be arranged so that any connection in series or parallel between the successive channels of the package of membrane elements on the inlet side is possible..
Die kleinen Rohre, die das Permeat aus jedem Sandwich-Element austreten lassen, sind mit dichtem Abschluß mit Hilfe von abnehmbaren Armaturen, die vorzugsweise flexibel sind und dem Außendruck widerstehen, mit einem oder mehreren Rohren verbunden, die zu den Austrittsstutzen aus dem druckfesten Behälter führen oder unmittelbar mit Hilfe abnehmbarer Verbinder mit mehreren kleinen Austrittsstutzen aus dem druckfesten Behälter verbunden sind.The small tubes that allow the permeate to escape from each sandwich element are sealed with With the help of removable fittings, which are preferably flexible and withstand external pressure, with one or several pipes are connected that lead to the outlet nozzle from the pressure-tight container or directly with the aid of removable connectors with several small outlet nozzles from the pressure-resistant container are connected.
Die Sandwich-Elemente und die Distanzrahmen sind abwechselnd in beliebiger Zahl so angeordnet, daß sie ein Paket bilden.The sandwich elements and the spacer frames are arranged alternately in any number so that they form a package.
Zwei starre Platten an den Enden des Pakets, die miteinander durch Verbindungsstangen und -bolzen verbunden sind, klemmen das Paket leicht und gleichmäßig zusammen, um Dichtigkeit für guten Umlauf der Ausgangslösung im Distanzrahmen sicherzustellen.Two rigid plates at the ends of the package, connected to each other by connecting rods and bolts, clamp the package together lightly and evenly to ensure tightness for good circulation of the starting solution in the Ensure spacer frame.
Der Druckbehälter ist wenigstens an einem Ende mit einem abnehmbaren Deckel, der an einem Plansch befestigt ist, verschlossen, so daß es möglich ist, das oder die Pakete einzuführen oder auszubauen, die flexiblen Verbinder der Sandwich-Elemente anzuschließen oder abzunehmen und die Einzelteile des Pakets auszubauen oder wieder einzusetzen. Der Druckbehälter steht innen direkt mit der Zuführungs-The pressure vessel is at least at one end with a removable lid which is attached to a splash, closed so that it is possible to insert or remove the package or packages, the flexible connector of the To connect or remove sandwich elements and to remove or reinsert the individual parts of the package. The pressure vessel is inside directly with the feed
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leitung in Verbindung, so daß er immer unter dem gleichen Druck steht.line connected so that it is always under the same pressure.
Die Pakete im Druckbehälter können in Längsrichtung mit parallel zur Achse des Behälters verlaufenden Membranen oder axial mit senkrecht zur Behälterachse verlaufenden Membranen angeordnet werden.The packages in the pressure vessel can be arranged in the longitudinal direction with membranes running parallel to the axis of the vessel or be arranged axially with membranes running perpendicular to the container axis.
Die zur Bildung der Sandwich-Elemente gemäß der Erfindung verwendeten Membranen sind flach und können beliebige Formen haben, jedoch wird die quadratische und rechteckige Form bevorzugt. Ihre Dicke liegt im Bereich von 0,02 bis 2 mm, vorzugsweise im Bereich von 0,05 bis 0,2 mm.The membranes used to form the sandwich elements according to the invention are flat and can be any Have shapes, however, the square and rectangular shapes are preferred. Their thickness is in the range from 0.02 to 2 mm, preferably in the range from 0.05 to 0.2 mm.
Die Membranen bestehen im allgemeinen aus synthetischem oder künstlichem Material und werden so hergestellt, daß sie den gewünschten Effekt der umgekehrten Osmose oder Ultrafiltration für die jeweils zu behandelnde Art von Lösung ausüben. Im allgemeinen werden anisotrope Membranen mit oder ohne Abstützung oder Verbundmembranen verwendet. Bei anisotropen Membranen und für die aktive Komponente bei Verbundmembranen werden vorzugsweise als Materialien für diesen Zweck insbesondere Celluloseacetat und aliphatische, aromatische und heterocyclische Polyamide verwendet. Hiermit soll jedoch keineswegs die Verwendung anderer Materialien des bei der Herstellung von Membranen bekannten Typs für die Module gemäß der Erfindung ausgeschlossen werden.The membranes are generally made of synthetic or man-made material and are made so that they have the desired effect of reverse osmosis or ultrafiltration for the particular type of to be treated Exercise solution. In general, anisotropic membranes with or without support or composite membranes are used used. In the case of anisotropic membranes and for the active component in composite membranes, as Materials for this purpose in particular cellulose acetate and aliphatic, aromatic and heterocyclic Polyamides used. However, this is by no means intended to the use of other materials in the manufacture be excluded from membranes of known type for the modules according to the invention.
Die in den Modulen gemäß der Erfindung verwendeten porösen Trennwände bgstehen aus anorganischen und/oder organischen Materialien ebenfalls vom polymeren Typ, die entweder porös oder in verschiedener Weise porös gemacht und druckfest sind. Als typische Beispiele solcherThe porous ones used in the modules according to the invention Partitions are made of inorganic and / or organic Materials also of the polymeric type which are either made porous or made porous in various ways and are pressure-resistant. As typical examples of such
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Materialien seien genannt: Gesintertes oder mit Harz : Materials are: Sintered or with resin :
imprägniertes Polymergranulat, das zu porösen Trenn- ;
wänden verarbeitet worden ist, Granulate oder Fasern . von anorganischen Materialien (Glas, Sand usw.), die
mit Harz imprägniert oder gebunden und dann zu Trennwänden verarbeitet worden sind, Gewebe oder Fasern aus \
synthetischen, natürlichen oder künstlichen Materialien, ι
die wahlweise mit Harzen verstärkt und imprägniert wor- ' den sind, aus synthetischem, künstlichem oder natürlichem,
polymerein oder niehtpolymerem Material hergestellte Platten, die mit geeigneten Bohrungen oder Rillen oder Haarrissen
versehen worden sind. Die porösen Trennwände sind \ so herzustellen, daß der Ablauf des Permeats aus den
Austrittsrohren beispielsweise durch Rillen oder Löcher, , die in der Trennwand selbst vorgesehen sind, erleichtert
wird.impregnated polymer granulate that becomes porous separating; walls, granules or fibers. of inorganic materials (glass, sand, etc.) that
impregnated with resin or bonded and were then processed into partitions, tissue or fibers of \ synthetic, natural or artificial materials ι which are optionally reinforced with resins and impregnated WOR 'to, synthetic, artificial or natural, polymer is or niehtpolymerem material Manufactured panels that have been provided with suitable bores or grooves or hairline cracks. The porous partition walls are \ make so that the flow of the permeate from the
Outlet pipes, for example, by grooves or holes, which are provided in the partition wall itself, facilitated
will.
Die Dicke der porösen Trennwände kann im Bereich von
0,1 bis 10 mm liegen und beträgt im allgemeinen 0,5
bis 5 mm. Die porösen Trennwände können verschiedene
geometrische Formen haben. Bevorzugt werden quadratische
oder rechteckige Formen. Wie bereits erwähnt, muß die
Oberfläche der porösen Trennwand kleiner sein als die
Oberfläche der Membranen, zwischen die die Trennwand ■,
eingefügt wird. Das Verhältnis zwischen Membranoberfläche und Oberfläche der porösen Trennwand liegt im allge- i
meinen zwischen 1,003 und 2, vorzugsweise zwischen I 1,006 und 1,2. ;The thickness of the porous partition walls can be in the range of
0.1 to 10 mm and is generally 0.5
up to 5 mm. The porous partitions can be different
have geometric shapes. Square ones are preferred
or rectangular shapes. As already mentioned, the
Surface of the porous partition wall be smaller than that
Surface of the membranes between which the partition ■ is inserted. The ratio between the membrane surface and the surface of the porous partition is generally between 1.003 and 2, preferably between I 1.006 and 1.2. ;
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung \
wird das Sandwich-Element hergestellt, indem die poröse j Trennwand, die mit einem oder mehreren kleinen Rohren I
für den Austritt des Permeats versehen ist, zwischen j zwei Membranen eingefügt wird, die Membranen miteinander
längs der Außenränder verschweißt oder verklebt werden,
wobei die Stellen ausgespart werden, an denen das RohrAccording to a preferred embodiment of the invention \ the sandwich element the membranes is prepared by the porous partition j, which is provided with one or more small tubes I for the discharge of the permeate, is inserted between two diaphragms j, together
are welded or glued along the outer edges,
where the points are left out where the pipe
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_ Of __ Of _
AtAt
oder die Rohre aus dem Element austreten, wobei darauf
geachtet wird, daß auch an diesen Stellen vollkommene
Druckdichtigkeit erzielt wird, indem die Rohre weiter
in den Innenflächen der Membranen verschweißt oder verklebt werden. Es ist auch möglich, nur eine Membran zu
verwenden, die umgefaltet wird und innen die poröse ' Trennwand enthält, worauf die Ränder der Membran dann :
miteinander verschweißt oder verklebt werden. Die Rohre !
können aus Kunststoff oder. Metall bestehen.or the tubes emerge from the element, whereby on it
Care is taken to ensure that even in these places perfect
Pressure tightness is achieved by continuing the pipes
be welded or glued in the inner surfaces of the membranes. It is also possible to have just one membrane too
use, which is folded over and contains the porous' partition on the inside, whereupon the edges of the membrane are then: welded or glued together. The pipes ! can be made of plastic or. Made of metal.
Die flexiblen Rohrformstücke oder Verbindungen der Austrittsrohre für das Permeat können aus Rohren mit kleinem j
Durchmesser bestehen, die aus druckfestem, gegebenen- i falls verstärktem thermoplastischem oder hitzehärtbarem '
Kunststoff oder Gummi bestehen. Der vorzugsweise quadratische oder rechteckige Außenrahmen und das ebenfalls
vorzugsweise quadratische oder rechteckige innere Netz,
die die Distanzstücke gemäß der Erfindung bilden, können
aus polymeren, thermoplastischen oder hitzehärtbaren [ Materialien oder Synthesekautschuk oder Naturkautschuk !
oder beliebigen anderen Materialien bestehen, die vor- i zugsweise flexibel sind, um die Membranen nicht zu
beschädigen.The flexible pipe fittings or connections of the outlet pipes for the permeate can consist of pipes with a small diameter, which consist of pressure-resistant, possibly reinforced thermoplastic or thermosetting plastic or rubber. The preferably square or rectangular outer frame and that too
preferably square or rectangular inner mesh,
which form the spacers according to the invention, can
made of polymeric, thermoplastic or thermosetting [ materials or synthetic rubber or natural rubber! or any other materials that are preferably flexible so as not to clog the membranes
to damage.
Die Dicke der Distanzstücke kann im Bereich von 0,1 bis
10 mm liegen und beträgt im allgemeinen 0,5 bis 5 mm. jThe thickness of the spacers can range from 0.1 to
10 mm and is generally 0.5 to 5 mm. j
Der Druckbehälter, sein Boden und sein Deckel können aus · Metall (z.B. Stahl oder nichtrostendem Stahl), aus glasfaserverstärktem polymerem Material oder beliebigem an- j derem Material mit hoher mechanischer Festigkeit und ι chemischer Beständigkeit gegenüber den zu behandelnden | Lösungen bestehen. Die Hauptvorteile des Moduls gemäß ' der Erfindung sind die kurze Zeit, die zu seiner Her- ! stellung und zum Zusammenbau oder Auseinandernehmen des iThe pressure vessel, its base and its lid can be made of metal (e.g. steel or stainless steel), of glass fiber reinforced polymeric material or any other material with high mechanical strength and ι chemical resistance to the treated | Solutions exist. The main advantages of the module according to ' of the invention are the short time it takes to produce it! position and to assemble or disassemble the i
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Pakets (Sandwich-Elemente plus Distanzstücke) erforderlich ist, und die Möglichkeit* nur einige Sandwich-Elemente oder Distanzstücke auszuwechseln.Package (sandwich elements plus spacers) required is, and the possibility * only some sandwich elements or replace spacers.
Der Modul ist sehr kompakt und weist ein hohes Verhältnis von Membranoberfläche zum Volumen des Moduls auf. Ferner lassen sich die Distanzstücke und Sandwich-Elemente leicht auch in Serie herstellen. In der Praxis unterliegt der Modul keiner weiteren Beschränkung mit Ausnahme ; der Membranoberfläche, so daß der Modul in den verschiedensten Formen und mit den verschiedensten Abmessungen ι hergestellt werden kann. jThe module is very compact and has a high ratio of membrane surface to the volume of the module. Furthermore, the spacers and sandwich elements can easily be produced in series. In practice it is subject the module has no further restriction except; the membrane surface, so that the module in the most diverse Shapes and with a wide variety of dimensions ι can be produced. j
Da die Sandwich-Elemente und die Distanzstücke nicht zu fest miteinander verklammert werden müssen, um dem Arbeitsdruck zu widerstehen, sondern lediglich leicht gegeneinander geklemmt werden sollen, um die Ströme der eintretenden Lösung zu führen, werden sie durch das Einklemmen nicht beschädigt. Selbst wenn eine leichte Undichtigkeit zwischen den Sandwich-Elementen und Distanzstücken auftreten sollte, würde dies keinen Nachteil darstellen. Ferner können sowohl die Sandwich-Elemente als auch die DistanzstUcke mehrmals zusammengebaut oder auseinandergenommen werden, so daß leichtes Auswechseln gewisser Teile und leichtes und schnelles Reinigen des gesamten Pakets auf mechanischem und/oder chemischem Wege möglich ist, wenn die Membranen verschmutzt sind. Diese erheblichen Vorteile ergeben sich daraus, daß der dichte Abschluß zwischen der zugeführten Lösung und dem Permeat unter dem Arbeitsdruck durch die Rohre, durch die das Permeat aus den Membranelementen austritt, und nicht durch die Berührung unter hohem Druck (Einklemmen) zwischen den Elementen und den Distanzstücken sichergestellt ist.Since the sandwich elements and the spacers do not have to be clamped together too tightly to cope with the working pressure to withstand the currents of the To guide the incoming solution, they are not damaged by the jamming. Even if there is a slight leak should occur between the sandwich elements and spacers, this would not be a disadvantage. Furthermore, both the sandwich elements and the spacers can be assembled or disassembled several times be, so that easy replacement of certain parts and easy and quick cleaning of the entire package is possible mechanically and / or chemically if the membranes are soiled. These significant advantages result from the fact that the tight seal between the supplied solution and the Permeate under the working pressure through the pipes through which the permeate exits the membrane elements, and not ensured by the contact under high pressure (pinching) between the elements and the spacers is.
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Diese Eigenschaft, die ein wesentliches Merkmal der Erfindung darstellt, ermöglicht die weitere Verwendung des Moduls auch dann, wenn die Membran eines oder mehrerer Elemente reißt, vorausgesetzt, daß die Zahl der Stutzen für den Austritt des Permeats aus dem Druckgefäß die gleiche ist wie die Zahl der Rohre oder der durch jeweils einen Stutzen miteinander verbundenen Gruppen von Austrittsrohren aus den Membranelementen. Es genügt ganz einfach, den Stutzen (oder die Stutzen), die mit den Elementen, in denen die Membran gerissen ist, zu schließen und den Betrieb mit den verbleibenden Elementen fortzusetzen.·This property, which is an essential feature of the invention, enables the further use of the module even if the membrane of one or more elements ruptures, provided that the number of nozzles for the exit of the permeate from the pressure vessel is the same as the number the tubes or the groups of outlet tubes from the membrane elements connected to one another by a respective connection piece. It is sufficient simply, the socket (or sockets) which close with the elements, in which the membrane is ruptured, and continue operation with the remaining elements. ·
Ein weiterer Vorteil des Moduls gemäß der Erfindung ergibt sich daraus, daß es möglich ist, aufeinanderfolgende Gruppen von Distanzstücken einfach durch Veränderung der Anordnung der Löcher in den Distanzrahmen hintereinander oder parallel zueinander zu verbinden und dann den Modul verschiedenen Arbeitsbedingungen so anzupassen, daß die höchstmöglichen Geschwindigkeiten an den Membranen an der Beschickungsseite erreicht und die Konzentrationspolarisation, die bereits durch die Anwesenheit des die Turbulenz begünstigenden Netzes in den Distanzstückeη vermindert worden ist, auf ein Minimum herabzusetzen.Another advantage of the module according to the invention results from the fact that it is possible to successively Groups of spacers simply by changing the arrangement of the holes in the spacer frames one behind the other or parallel to each other and then connect the module different working conditions like that adapt that the highest possible speeds are reached on the membranes on the feed side and the concentration polarization, which is already due to the presence of the turbulence-promoting network in the spacers η has been reduced to a minimum to belittle.
Ein weiterer Vorteil besteht in der Anpassungsfähigkeit des Moduls gemäß der Erfindung an die Behandlung von Lösungen der verschiedensten Art durch einfaches Ändern des Membrantyps.Another advantage is the adaptability of the module according to the invention to the treatment of Different kinds of solutions by simply changing the membrane type.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Abbildungen weiter erläutert.The invention is explained further below with reference to the figures.
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Die in Fig. 4 und Fig. 5 dargestellten Sandwich-Elemente bestehen aus einer porösen Trennwand 8, die eine Dicke von etwa 2 mm hat, und auf der beiderseits zwei Membranen 9 und 10 aufgebracht sind, die am Rand dicht gegen den Außendruck verschweißt oder verschlossen sind. Ein Rohr 11, das mit den Membranen dicht gegen den Außendruck verschweißt oder abgeschlossen ist, tritt aus dem Element aus und ist über abnehmbare und flexible Rohrverbindungen 12 mit einem Rohr Γ5 verbunden, das das Permeat vom unteren Deckel durch einen Stutzen 4 ableitet (siehe Fig. 1). Wie Fig. J5 zeigt, bestehen die Distanz-The sandwich elements shown in FIGS. 4 and 5 consist of a porous partition 8, which has a thickness of about 2 mm, and two membranes on both sides 9 and 10 are applied, which are welded or sealed at the edge tightly against the external pressure. A Tube 11, which is welded or sealed to the membranes tightly against the external pressure, emerges from the element and is connected via removable and flexible pipe connections 12 to a pipe Γ5 that carries the permeate derives from the lower cover through a connecting piece 4 (see Fig. 1). As Fig. J5 shows, the distance
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Fig. 1 und Fig. 2 zeigen ein Beispiel eines Moduls gemäß der Erfindung mit senkrecht zur Zylinderachse angeordneten Membranen.1 and 2 show an example of a module according to of the invention with diaphragms arranged perpendicular to the cylinder axis.
Fig. 3 zeigt ein Distanzstück gemäß der Erfindung.Fig. 3 shows a spacer according to the invention.
Fig. 4 und Fig. 5 zeigen ein Membran-Sandwich gemäß der Erfindung. ;FIGS. 4 and 5 show a membrane sandwich according to the invention. ;
Fig. 6 zeigt schematisch einen möglichen Strömungsverlauf der Lösung durch die Distanzstücke gemäß der Er- : findung auf der Eintrittsseite. jFig. 6 shows schematically a possible flow course of the solution through the spacers according to the Er-: Find on the entry side. j
Fig. 7 zeigt eine andere Ausführungsform eines Distanzstückes gemäß der Erfindung.Fig. 7 shows another embodiment of a spacer according to the invention.
Fig. 1 und Fig. 2 zeigen einen Zylinder 1 (Höhe 1200 mm, Durchmesser 850 mm) mit einem schalenförmigen Boden, einem Deckel 2 und einem Stutzen 3 für die Zuführung der Lösung, einem Stutzen 4 für den Austritt des Permeats und einem Stutzen 5 für den Austritt des Konzentrats. Im Zylinder ist ein Paket angeordnet, das aus Distanzstücken 6 und damit abwechselnden Sandwich-Elementen 7 besteht.Fig. 1 and Fig. 2 show a cylinder 1 (height 1200 mm, diameter 850 mm) with a bowl-shaped bottom, a cover 2 and a connection 3 for the supply of the solution, a connection 4 for the exit of the permeate and a nozzle 5 for the outlet of the concentrate. A package is arranged in the cylinder, which consists of spacers 6 and thus alternating sandwich elements 7 consists.
stücke 6 aus einem kreisrunden Rahmen 14, der eine Dicke von etwa j$ mm hat und mit Löchern 15 für die Verbindungsstangen 16 und mit Löchern 17 versehen ist, die Kanäle zum Zuführen und Sammeln des Konzentrats und zum Verteilen der zugeführten Lösung zu den Membranen bilden. Im Rahmen ist ein etwa 1 mm dickes quadratisches Netz 18 angeordnet, das als Abstandhalter und Mittel zur Steigerung der Turbulenz wirksam ist. In dieser Weise sind alle Distanzstücke für die zugeführte Lösung durch die Eintritts- und Austrittsöffnungen 17 der Rahmen parallel geschaltet, wobei die im Paket übereinanderliegenden öffnungen eine Art von Rohren bilden. Wenn zwei aufeinanderfolgende Gruppen von Elementen hintereinander geschaltet werden sollen, wird ein Distanzstück 19, das in der in Fig. 7 dargestellten Weise ausgebildet ist, eingefügt, wobei auf der Eintrittsseite ein Strömungsverlauf ausgebildet wird, wie er in Fig. 6 dargestellt ist. In dieser Weise ist es möglich., mit den gewünschten Kapazitäten für die Zuführung und Gewinnung des Permeats auf der Eintrittsseite die geeignetsten Geschwindigkeiten zu erreichen, bei denen weder eine zu hohe Konzentrationspolarisation (die sich aus zu niedrigen Geschwindigkeiten ergeben ; würde) noch ein zu hoher Druckabfall (zu hohepieces 6 from a circular frame 14, which has a thickness of about j $ mm and with holes 15 for the Connecting rods 16 and provided with holes 17, the channels for supplying and collecting the concentrate and for distributing the supplied solution to the membranes form. In the frame an approximately 1 mm thick square network 18 is arranged as a spacer and Means of increasing turbulence is effective. In this way all spacers are fed for the Solution connected in parallel through the inlet and outlet openings 17 of the frame, with those in the package lying one above the other openings form a kind of pipes. When two consecutive groups of elements are to be connected in series, a spacer 19, which is shown in FIG Way is designed, inserted, with a flow path being formed on the inlet side, such as it is shown in FIG. In this way it is possible, with the desired capacities for the feed and recovery of the permeate on the inlet side to achieve the most suitable speeds, in which neither a too high concentration polarization (which results from too low speeds; would) nor too high a pressure drop (too high
Geschwindigkeiten) eintritt. \ Speeds) occurs. \
Die Rahmen 14 der Distanzstücke 6 und 19, die den Sand- ; wich-Elementen J zugeordnet sind, haben eine geringere \ Höhe von etwa 1 mm und sind so geformt, daß ein gewisser dichter Abschluß lediglich durch leichten Druck erreicht wird.The frame 14 of the spacers 6 and 19, which the sand; wich elements J are assigned, have a smaller \ height of about 1 mm and are shaped in such a way that a certain tight seal is achieved only by light pressure.
Das Paket (Fig. 1) wird zusammengebaut, indem ein erstes Distanzstück 6 auf den Deckel des ebenen Bodens und dann darüber ein Sandwich-Element 7, darüber ein weiteres Distanzstück 6 usw. und, falls erforderlich, ein Distanz-The package (Fig. 1) is assembled by placing a first spacer 6 on the lid of the flat bottom and then above a sandwich element 7, above another spacer 6 etc. and, if necessary, a spacer
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- Ur- - original
stück 19 bei einer Gesamtzahl von 330 Elementen mit einer : piece 19 for a total of 330 elements with a :
2 ·2 ·
Membranoberfläche von je 0,7 m und von 331 Distanz- !
stücken gelegt wird. Der Zusammenbau wird durch Verbindungsstangen Vo erleichtert, die in Löcher I5 der
Distanzstücke eingeführt werden. Nachdem oben ein letztes . Distanzstück und dann eine obere starre Platte 20 aufgelegt
worden sind, wird die gesamte Baugruppe mit Hilfe
von Schrauben 21, die auf die Verbindungsstangen 16 ge- ;
schraubt werden, leicht eingeklemmt. ; Membrane surface of 0.7 m each and 331 distance! pieces is placed. Assembly is facilitated by connecting rods Vo inserted into holes I5 of the
Spacers are introduced. After one last above. Spacer and then an upper rigid plate 20 have been placed, the entire assembly is with the help
of screws 21 which are on the connecting rods 16 ; be screwed, easily pinched. ;
Die obere Platte 20 ist durchbohrt, damit das Konzentrat ;
durch die Löcher 22 der Rahmen der Austritts-Distanz- i stücke ausfließen kann. Das Konzentrat fließt dann in j
die Räume 23 zwischen dem Paket und dem Mantel und tritt
aus dem Stutzen 5 im Zylinder 1 aus.The top plate 20 is pierced to allow the concentrate ; the frame of the outlet spacers can flow out through the holes 22. The concentrate then flows into the spaces 23 between the package and the jacket and enters
from the nozzle 5 in the cylinder 1.
Nachdem das Paket auf dem Deckel 2 zusammengebaut worden ;
ist, die Verbindungen mit Hilfe der flexiblen Verbindungsstücke 12 hergestellt worden sind und das Paket mit
der oberen Platte 20 eingeklemmt worden ist, wird der
Modul in den zylindrischen Behälter 1 eingebaut, indem
der Deckel 2 mit Hilfe eines Flansches 24 und mit Hilfe
von Schrauben 25 mit dem Zylinder verschraubt wird.After the package has been assembled on the lid 2 ; is, the connections have been made with the help of the flexible connectors 12 and the package with
the top plate 20 has been pinched, the
Module built into the cylindrical container 1 by
the cover 2 with the help of a flange 24 and with the help
is screwed to the cylinder by screws 25.
Die aus Zylinder, schalenförmigem Boden und Deckel bestehende Einheit widersteht dem Arbeitsdruck, der beispielsweise beim Entsalzen von Meereswasser durch umge-The one consisting of a cylinder, a bowl-shaped base and a lid The unit withstands the working pressure that is generated, for example, when desalination of sea water by
kehrte Osmose bis zu 70 kg/cm betragen kann.Reverse osmosis can be up to 70 kg / cm.
Der hier beschriebene und dargestellte Modul enthält jThe module described and illustrated here contains j
2 '2 '
insgesamt 225 m Membranen mit sehr hoher Komnaktheit !a total of 225 m membranes with a very high degree of compactness!
2 "5 " !2 "5"!
entsprechend 330 m Membran pro nr Modul. Wenn flache icorresponding to 330 m membrane per no module. When flat i
Membranen aus Celluloseacetat mit einer Zurückweisung ;Cellulose acetate membranes with a rejection;
von Salz (NaCl) von etwa 97 % bei einem Umlauf von \ of salt (NaCl) of about 97 % with one circulation of \
2 22 2
700 Liter/m Tag bei 40 kg/cm zum Entsalzen von Brack- !700 liters / m day at 40 kg / cm for desalination of brackish!
wasser, das 10 000 ppm NaCl enthält, verwendet werden, 'water containing 10 000 ppm NaCl can be used, '
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kann der Modul beispielsweise unter den folgenden Bedingungen eingesetzt werden: Eintrittsdruck 40 kg/cm ; ; Zulauf menge 11,2 nr/Std.; NaCl-Konzentration im zugeführten Brackwasser 10 000 ppm. Hierbei werden stündlich 5,6 xsr Permeat mit einer Salzkonzentration von etwa 500 bis 600 ppm NaCl und 5,6 xsr Sole mit einer Salzkonzentra- i tion von etwa 20 000 ppm NaCl erhalten. Die Produktions-For example, the module can be used under the following conditions: inlet pressure 40 kg / cm ; ; Feed rate 11.2 no / hour; NaCl concentration in the supplied brackish water 10,000 ppm. This gives 5.6 xsr permeate per hour with a salt concentration of about 500 to 600 ppm NaCl and 5.6 xsr brine with a salt concentration of about 20,000 ppm NaCl. The production
3 33 3
leistung des Moduls beträgt täglich 200 xsr /xsr Modul.module output is 200 xsr / xsr modules per day.
Der Modul ist hinsichtlich der Arbeitsbedingungen flexibel. So ist es möglich, den Arbeitsdruck bis zu einer Grenze zu erhöhen, die mit der Schlagfestigkeit der Membranen im Einklang ist, um eine größere Permeatmenge zu ■ erreichen.The module is flexible in terms of working conditions. So it is possible to increase the working pressure up to one To increase the limit consistent with the impact resistance of the membranes in order to increase the amount of permeate reach.
Es ist möglich, die zugeführte Menge der Lösung zu verringern, um ein höheres Verhältnis von Permeat zu zugeführter Lösung, d.h. eine höhere prozentuale Gewinnung : zu erzielen, vorausgesetzt, daß die Grenzen, die durch die das Konzentrat betreffenden chemischen und physika- , lischen Bedingungen gesetzt sind, beachtet werden. Es ist ; möglich, die Hintereinanderschaltung und Parallelschaltung auf der Eintrittsseite durch Ändern des Typs des Distanzstückes zu verändern.It is possible to reduce the amount of solution supplied in order to achieve a higher ratio of permeate to solution supplied, ie a higher percentage recovery, provided that the limits imposed by the chemical and physical conditions affecting the concentrate are set, must be observed. It is ; It is possible to change the series connection and parallel connection on the entry side by changing the type of spacer.
Mit Hilfe des gleichen Moduls ist es durch Austausch der ; Membranen gegen andere in geeigneter Weise gewählte Mem- ; branen (d.h. durch Auswechseln der Sandwich-Elemente) möglich, andere Trennungen durch umgekehrte Osmose und Ultrafiltration vorzunehmen, z.B. Entsalzen von Meereswasser, Entsalzen und Entmineralisieren von Wasser, Konzentrieren von Lösungen von organischen und anorganischen Verbindungen, auf die die Membranen abgestellt sind, Behandeln von ! Abwässern und Gewinnen von Produkten aus den Abwässern und Abtrennen von hochmolekularen Stoffen (z.B. Proteinen) aus Lösungen. !With the help of the same module it is by exchanging the; Membranes against other appropriately chosen mem-; burn (ie by exchanging the sandwich elements) possible to undertake other separations by reverse osmosis and ultrafiltration, e.g. desalination of sea water, desalination and demineralization of water, concentration of solutions of organic and inorganic compounds on which the membranes are designed, treatment of ! Wastewater and recovery of products from the wastewater and separation of high molecular weight substances (eg proteins) from solutions. !
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |