DE4105210C1 - Cross-flow micro-filter for particle concn. in suspension - is cyclically backflushed to prevent passage of small particles through funnel-shaped pores - Google Patents
Cross-flow micro-filter for particle concn. in suspension - is cyclically backflushed to prevent passage of small particles through funnel-shaped poresInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein mit einer Einrichtung zur zyklischen Rückspülung versehenes Querstrom-Mikrofilter zur Verwendung bei der Aufkonzentrierung von in einer Suspension enthaltenen Teilchen auf der Vorderseite eines Filterkörpers, bei der der Filterkörper von Poren ganz durchdrungen ist.The invention relates to a device for cyclic backwashing provided cross-flow microfilter for use in the concentration of in a suspension contained particles on the front a filter body, wherein the filter body completely permeated by pores.
Ein solches Querstrom-Mikrofilter ist bekannt aus Desalination, 41, Seiten 273 bis 275, veröffentlicht von Elsevier Scientific Publishing Company, Amsterdam, 1982. Es dient zur Abscheidung von Flüssigkeitsbestandteilen aus einer Suspension, in der Teilchen mit einem Durchmesser zwischen 0,1 und 10 Mikrometer enthalten sind. Die Suspension wird zur Erreichung diesen Zweckes in einer Parallelströmung über die Vorderseite eines Filterkörpers geführt, der von Poren quer durchdrungen und rückseitig durch einen Permeatraum begrenzt ist. Bedingt durch ein Druckgefälle, das zwischen der Vorderseite und der Rückseite des Filterkörpers besteht, kommt es hierbei zum fortgesetzten Übertritt von Flüssigkeitsbestandteilen in den Permeatraum. Das Volumen der je Zeiteinheit übertretenden Flüssigkeitsmenge ist jedoch neben der Höhe des Differenzdruckes in starkem Maße abhängig von der Dicke einer Deckschicht, die die abgeschiedenen Teilchen auf der Vorderseite des Filterkörpers bilden und die mit zunehmender Benutzungsdauer anwächst.Such a cross-flow microfilter is known from Desalination, 41, pages 273 to 275, published by Elsevier Scientific Publishing Company, Amsterdam, 1982. It is used for the deposition of Liquid components from a suspension, in the particles with a diameter between 0.1 and 10 microns are included. The suspension will to achieve this purpose in a parallel flow over the front of a filter body guided, penetrated by pores across and back is limited by a permeate space. conditioned by a pressure gradient, that between the front and the back of the filter body is made, it comes in this case for the continued transfer of liquid components into the permeate room. The volume of each However, the amount of liquid exceeding the unit of time is in addition to the level of differential pressure in strong Dimensions depend on the thickness of a topcoat, the the deposited particles on the front of the Form filter body and with increasing Duration of use increases.
Es ist bekannt, die Deckschicht in regelmäßig wiederkehrenden Zeitabständen dadurch zu entfernen, daß das Druckgefälle zwischen der Anström- und der Permeatseite umgekehrt wird. Um hierbei zu befriedigenden Ergebnissen zu gelangen, ist es jedoch erforderlich, relativ lange Rückspülzeiten einzuhalten. Die Verluste an Permeat und Filterzeit sind dementsprechend groß.It is known the topcoat in regularly recurring To remove time intervals by the Pressure gradient between the inflow and the permeate side is reversed. To be satisfactory here However, it is necessary to to maintain relatively long backflush times. The losses permeate and filter time are accordingly large.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzu entwickeln, daß sich eine Verbesserung der Wirtschaftlichkeit bei der Verwendung ergibt.The invention is based on the object, a device of the type mentioned on weiterzu Develop that improves the economy when using results.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.This object is achieved with a device of the type mentioned above with the characterizing Characteristics of claim 1 solved. On advantageous embodiments take the dependent claims Reference.
Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung ist es vorgesehen, daß die Poren des Filterkörpers einen trichterförmig in Richtung der Vorderseite erweiterten Querschnitt haben und daß das Verhältnis aus dem kleinsten Durchmesser D1 der Poren und dem größten Durchmesser D2 der abzuscheidenden Teilchen 1,1 bis 8 beträgt. Hierbei geht die Erfindung aus von der Erkenntnis, daß die abzuscheidenden Teilchen so gut wie niemals isoliert auftreten. Sie erfahren während des Filtervorganges vielmehr eine Kumulierung, welche im Bereich der Vorderseite des Filterkörpers und in den Poren deutlich in Erscheinung tritt. Sie vermögen sich hierdurch trotz eines Durchmessers, der unter Umständen erheblich kleiner ist als derjenige der Poren, als Gesamtheit auf den trichterförmigen Begrenzungsflächen der Poren statisch abzustützen. Eine nennenswerte Wanderung von Teilchen durch die Poren hindurch wurde überraschenderweise selbst bei der Filtration von niedrig konzentrierten Suspensionen nicht beobachtet.In the device according to the invention it is provided that the pores of the filter body a funnel-shaped extended towards the front Cross section and that the ratio of the smallest diameter D1 of the pores and the largest Diameter D2 of the particles 1.1 to 8 to be deposited is. The invention is based on the knowledge that that the particles to be separated are as good as never occur in isolation. You will learn during the Filtering process rather a cumulation, which in the Area of the front of the filter body and in the Pores clearly appear. You can This in spite of a diameter under Circumstances is considerably smaller than that of the Pores, as a whole on the funnel-shaped boundary surfaces to support the pores statically. A significant migration of particles through the Pores were surprisingly even at the filtration of low concentrated suspensions not observed.
Die solcherart in den Poren zurückgehaltenen Teilchenagglomerate haben dennoch in bezug auf Rückspülvorgänge keine gute Festigkeit. Es genügen dadurch Rückspülimpulse von extrem kurzer Dauer und/oder von extrem niedrigem Druckgefälle in umgekehrter Richtung, um eine nahezu vollständige Entfernung der Agglomerate aus den trichterförmigen Poren zu erreichen, was gleichbedeutend ist mit einem Abheben der Deckschicht von der Vorderseite. Die Deckschicht erfährt bei der anschließenden Fortsetzung des Filtrationsvorgangs infolge der erneut einsetzenden Querströme der Suspension eine Querverlagerung auf der Vorderseite. Die der Deckschicht anhaftenden, reliefartig nach unten vorstehenden Teilchenagglomerate werden dadurch an einem erneuten Verblocken mit den jeweils zugehörigen Poren gehindert. Sie wirken als Abstandhalter zu der Vorderseite und begünstigen die Herausforderung der Deckschicht aus dem Filter. Die ursprünglich vorhandene, spezifische Filterleistung ist dadurch ohne weitere Verzögerung vom Zeitpunkt des Abhebens der Deckschicht von der Vorderseite an erneut verfügbar.The particle agglomerates thus retained in the pores still have in terms of backwashing no good strength. It is enough Backwash pulses of extremely short duration and / or of extremely low pressure gradient in the opposite direction, to an almost complete removal of To reach agglomerates from the funnel-shaped pores, which is synonymous with a lifting of the Cover layer from the front. The cover layer learns in the subsequent continuation of the filtration process as a result of the recommencing Transverse currents of the suspension on a transverse displacement the front. The surface layer adherent, relief-like downward projecting particle agglomerates are characterized in a renewed blocking with Prevented their respective pores. they seem as a spacer to the front and favor the challenge of the topcoat from the filter. The original, specific filter performance is thereby without further delay from the time the lifting of the cover layer from the front on again available.
Die Dauer der Rückspülzeit läßt sich minimieren, wenn während der Dauer der Rückspülung eine simultane Feeddruckabsenkung vorgenommen wird. Hierzu ist es zweckmäßig, die die Rückspülung und die Feeddruckabsenkung bewirkenden Ventile steuerungstechnisch oder mechanisch zu koppeln, was ohne großen Aufwand möglich ist. Eine Minimierung der Rückspülzeit ist unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten stets von großem Vorteil.The duration of the backwash time can be minimized if during the period of backwashing a simultaneous Feed pressure reduction is made. This is it appropriate, the backwashing and the feed pressure reduction effecting valves control technology or mechanically couple, which is easy is possible. A minimization of the backflush time is always from economic point of view great advantage.
Das Verhältnis aus dem kleinsten Durchmesser D1 der Poren und dem größten Durchmesser D2 der Teilchen soll zweckmäßigerweise zwischen 1,15 und 4 liegen. Die Rate an in den Permeatraum übertretenden Teilchen ist bei Einhaltung dieses Verhältnisses ganz besonders gering.The ratio of the smallest diameter D1 of Pores and the largest diameter D2 of the particles should suitably be between 1.15 and 4. The rate of particles passing into the permeate space is very special in keeping this relationship low.
Der trichterförmig erweiterte Bereich der Poren soll sich bis zur Vorderseite des Filterkörpers erstrecken und durch diese begrenzt sein. Des weiteren soll der trichterförmig erweiterte Bereich und in Richtung der Poren eine Länge haben, die wenigstens so groß ist wie der kleinste Durchmesser D1. Neben einer Störung des Abhebeprozesses der Deckschicht während der Rückspülung läßt sich durch diese Ausbildung das Auftreten von Teilchendurchbrüchen in den Permeatraum zuverlässig verhindern. The funnel-shaped widened area of the pores should extend to the front of the filter body and be limited by this. Furthermore, the should funnel-shaped extended area and towards the Pores have a length that is at least as large like the smallest diameter D1. In addition to a fault the lifting process of the cover layer during backwashing can be through this training the occurrence of particle breakthroughs in the permeate space reliably prevent.
Der Winkel, den die einander gegenüberliegenden Wandungsbestandteile der Poren in dem trichterförmigen Bereich der Poren einschließen, soll zwischen 2 und 45 Grad liegen, vorteilhaft zwischen 5 und 35 Grad.The angle that the opposing wall components the pores in the funnel-shaped Include area of the pores, should be between 2 and 45 degrees, advantageously between 5 and 35 degrees.
Die Poren können eine Porenachse haben, die mit der Anströmrichtung der Suspension einen spitzen Winkel einschließt. Das Auftreten einer Querverlagerung der Deckschicht im Zuge des Rückspülvorganges wird hierdurch begünstigt, was es ermöglicht, die für die Rückspülung benötigte Zeitspanne noch weiter zu verkürzen. Als besonders zweckmäßig hat sich die Verwendung eines spitzen Winkels B von 50 bis 70 Grad erwiesen.The pores may have a pore axis coincident with the Direction of flow of the suspension at an acute angle includes. The occurrence of a transverse displacement of Cover layer in the course of backwashing is thereby favors what makes it possible for the Backwashing required time to even further shorten. As particularly useful has the Using an acute angle B of 50 to 70 degrees proved.
Eine Teilchenwanderung durch die Poren in Richtung der Permeatseite läßt sich besonders zuverlässig unterdrücken, wenn die Poren von einer zerklüfteten Wandung umschlossen sind, beispielsweise durch eine Wandung, die durch unverrückbar aneinander festgelegte Fasern und Fäden gebildet ist. Ein Filterkörper, der den diesbezüglichen Anforderungen in einer besonders günstigen Weise entspricht, kann beispielsweise aus einem Körpergewebe bestehen. Die Poren lassen sich in diesem Falle sowohl hinsichtlich ihrer Größe und Gestalt als auch hinsichtlich ihrer gegenseitigen Zuordnung in sehr präziser Weise festlegen. In bezug auf die Gewährleistung definierter Filterleistungen ist das von großem Vorteil.A particle migration through the pores in the direction The permeate side is particularly reliable suppress if the pores of a jagged Wall are enclosed, for example by a Wall that stuck together by immovable Fibers and threads is formed. A filter body, the relevant requirements in a particularly favorable way, can for example, consist of a body tissue. The Pores can be in this case both in terms of her size and shape as well as in terms of her specify mutual assignment in a very precise manner. With regard to the guarantee of defined Filter performance is a great advantage.
Das erfindungsgemäße Querstrom-Mikrofilter ermöglicht die Abscheidung von Teilchen eines äußerst geringen Durchmessers. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß größere Teilchen die Poren als Agglomerat verblocken und dabei als Barriere für noch kleinere Teilchen wirksam werden können. Auch solche kleinen Teilchen lassen sich dadurch zuverlässig festhalten.The cross-flow microfilter according to the invention allows the deposition of particles of an extremely small diameter. It is important to take into account that larger particles are the pores than agglomerate block and thereby as a barrier for even smaller Particles can be effective. Even such small ones Particles can thereby reliably hold.
Das zunehmende Anwachsen der Dicke der Deckschicht während der Durchführung des Filtrationsprozesses hat eine zunehmende Verringerung der Filtrationsleistung zur Folge, die meßbar ist und den Zeitpunkt der Rückspülung bestimmt. Die Rückspülung bewirkt eine völlige Regenerierung des Filterkörpers in einer äußerst kurzen Zeitspanne. Die Anwendung langer Rückspülzeiten und von chemischen Reinigungsprozessen ist so gut wie stets entbehrlich.The increasing increase in the thickness of the cover layer while performing the filtration process an increasing reduction in filtration performance result, which is measurable and the time of backwashing certainly. The backwashing causes a complete regeneration of the filter body in one extremely short time span. The application is longer Backwash times and chemical cleaning processes is almost always dispensable.
Der Aufbau der in filtertechnischer Hinsicht aktiven Teilchenagglomerate in den trichterförmig zur Vorderseite des Filterkörpers erweiterten Poren kann mit Hilfe der Strömungsdynamik in der Einrichtung präzise gesteuert werden. Durch die Reynoldszahl der zugeführten Suspension läßt sich sowohl die Dicke der aktiv wirksamen Teilchenagglomerate als auch die Geschwindigkeit ihres Aufbaus gezielt beeinflussen.The structure of the filter technology active Particle agglomerates in the funnel-shaped to the front the filter body can be widened with pores Help the flow dynamics in the device precisely being controlled. By the Reynolds number of the supplied Suspension can be both the thickness of actively active particle agglomerates and the Targeted speed of their construction.
Bei Verwendung von hohen Strömungsgeschwindigkeiten und hohen Reynoldszahlen kann durch die starken Turbulenzen die Bildung einer filtertechnisch aktiven Deckschicht völlig unterbleiben. Dieses bewirkt eine niedrige Trennleistung des Filterkörpers. Bei sinkender Reynoldszahl steigt demgegenüber die Trennleistung auf große Werte an. Die Trennleistung kann somit während der Durchführung des Filtervorganges durch eine Variation der Strömungsgeschwindigkeit beliebig geändert werden.When using high flow rates and high Reynolds numbers can be due to the strong turbulence the formation of a filter technology active Cover completely omitted. This causes a low separation efficiency of the filter body. At sinking In contrast, Reynolds number increases the separation performance to large values. The separation performance can thus during the performance of the filtering process by a variation of the flow velocity be changed arbitrarily.
Hohe Trennleistung, wie allgemein erwünscht, werden bei niedrigen Übertrömgeschwindigkeiten erreicht. Dieses Ergebnis verhält sich genau umgekehrt wie bei der traditionellen Mikrofiltration, bei der möglichst hohe Turbulenzen angestrebt werden, um eine ausreichende Reinigung der Membranoberfläche zu erreichen. High separation efficiency, as generally desired achieved at low Überromgeschwindigkeiten. This result behaves exactly the same as in traditional microfiltration, if possible high turbulence should be sought to ensure adequate To achieve cleaning of the membrane surface.
Bei der erfindungsgemäßen Einrichtung werden gute Trennleistungen bei niedrigen Überströmgeschwindigkeiten erreicht. Hierdurch wird nur wenig Pumpenenergie während der Verwendung benötigt, was eine Reduzierung der Betriebskosten bedingt.In the device according to the invention are good Separation performance at low overflow speeds reached. As a result, only little pump energy needed during use, what a Reduction of operating costs conditionally.
Die Reinigungszeit eines verstopften Filterkörpers ist minimal und erfordert im allgemeinen nur Bruchteile einer Sekunde. Durch einfaches Rückspülen wird hierbei eine gute Regenerierung erreicht.The cleaning time of a clogged filter body is minimal and generally requires only fractions one second. By simply backwashing achieved a good regeneration.
Die Filterkörper können in unterschiedlichen Bauweisen zur Anwendung gelangen. Neben geflochtenen Membranfiltern erfüllen gesinterte Kugelpackungen die Voraussetzungen in einwandfreier Weise. Die Filterkörper können aus Metall bestehen, aus Keramik, aus Graphit, Kunststoff, Glas oder ähnlichen Materialien.The filter bodies can be of different designs to apply. In addition to braided Membrane filters meet sintered ball packs Requirements in a perfect manner. The filter body can be made of metal, of ceramics, made of Graphite, plastic, glass or similar materials.
Werden Metalldrähte nach der Körpertechnik verwoben, so entstehen Maschen, die sich aus drei bzw. aus vier aneinandergepreßten Drähten ergeben. Die hierdurch gebildeten Poren sind sehr ähnlich jenen trichterähnlichen Öffnungen, die sich zwischen drei einander berührenden Kugeln ergeben. Are metal wires interwoven according to the body technique, This results in stitches that consist of three or four surrendered wires. The result formed pores are very similar to those funnel-like Openings extending between three touching each other Give balls.
Es ist auch möglich, den Filterkörper in seiner Gesamtheit so auszubilden, daß die Poren von zu einer Schicht vereinten, im wesentlichen kugelförmigen Körpern umschlossen sind. Die Herstellung eines solchen Filterkörpers ist im Aufschwämmverfahren vergleichsweise einfach möglich. Hierbei ergibt sich zugleich eine besonders gute Ausgeglichenheit der Porenstruktur, was für die Erzielung einer qualitativ hochwertigen Filterleistung von Vorteil ist.It is also possible to use the filter body in its entirety form so that the pores of a Layer united, essentially spherical Bodies are enclosed. The production of a Such filter body is in the Aufschwämmverfahren comparatively easy. This results at the same time a particularly good balance of Pore structure, resulting in the achievement of a qualitative high-quality filter performance is an advantage.
Bei der Anwendung eines solchen Herstellungsverfahrens bietet es sich an, den Filterkörper mehrschichtig aufzubauen und im Bereich der Vorderseite eine Schicht anzuordnen, die aus einer Körnung größeren Durchmessers aufgebaut ist als die sich in Richtung der Rückseite anschließende Schicht. Der kegelig in Richtung der Vorderseite erweiterte Querschnitt der Poren wird hierdurch betont.When using such a manufacturing process it makes sense, the filter body multilayered build up and in the front one To arrange a layer that is larger from a grain size Diameter is constructed as the towards the back layer following. The conical in Direction of the front extended cross section of the This emphasizes pores.
Der Filterkörper läßt sich besonders einfach austauschen und lagern, wenn die Körper bei einer solchen Ausführung unverrückbar miteinander verbunden sind. Auch wird die Gewährleistung einer bestimmten Filterleistung hierdurch möglich und dadurch eine Grundvoraussetzung für die Verwendbarkeit bei bestimmten Anwendungen erfüllt.The filter body is particularly easy to replace and store if the body is such Execution immovably connected are. Also, ensuring a given Filter performance thereby possible and thereby a Basic requirement for usability for certain Applications met.
Der Filterkörper ist besonders universell einsetzbar, wenn die Körper aus einem keramischen oder mineralischen Werkstoff bestehen. Eigenfeste Ausführungen dieser Art werden als keramische Membranen bezeichnet. Sie lassen sich zusätzlich preisgünstig erhalten.The filter body is particularly universally applicable, if the bodies are made of a ceramic or mineral Material exist. Self-resistant versions This type are referred to as ceramic membranes. They can also be obtained inexpensively.
Der während der bestimmungsgemäßen Verwendung der Einrichtung zur Anwendung gelangende Rückspülprozeß wird maßgeblich durch die folgenden Parameter bestimmt:The during the intended use of the Device for applying backwashing process is determined by the following parameters certainly:
Rückspülintervall,
Rückspüldauer/-volumen,
Rückspülmedium,
Rückspüldruck/-druckdifferenz,
räumliche Lage der Einrichtung.backwashing,
Backwash / volume,
backwashing,
Backwashing pressure / -druckdifferenz,
spatial location of the facility.
Das zeitliche Rückspülintervall wird ebenso wie die Rückspüldauer als frei wählbarer Parameter in die zweckmäßig zur Anwendung gelangende, automatische Ablaufsteuerung eingegeben. Beide Werte können während des laufenden Programms geändert werden. The time backwashing interval is just like the Backwash duration as a freely selectable parameter in the Appropriately applicable, automatic Sequence control entered. Both values can be changed during the current program.
Das Rückspülintervall liegt zweckmäßigerweise zwischen einigen Sekunden und einigen Minuten, die Rückspüldauer zwischen einigen Zehntelsekunden und im Extremfall mehreren Sekunden.The backwashing interval is expediently between a few seconds and a few minutes, the Backwash duration between a few tenths of a second and in extreme cases, several seconds.
Der Rückspüldruck muß höher sein als der auf der Feedseite des Filterkörpers anstehende Druck. Dabei muß berücksichtigt werden, daß eine Membran nur eine gewisse Druckbelastbarkeit hat und bei Kapillar- oder Rohrmembranen der Implosionsdruck nicht überschritten werden darf.The backwash pressure must be higher than that on the Feed side of the filter body pending pressure. there must be taken into account that a membrane only one has certain compressive strength and capillary or Pipe membranes the implosion pressure not exceeded may be.
Der Rückspüldruck wird mittels Druckluft, eines Druckspeichers oder einer Pumpe erzeugt. Augenmerk ist auch auf die Geschwindigkeit zu legen, mit der der Druckwechsel bewirkt wird. Eine schlagartige Druckerhöhung im Permeatraum läßt zwar eine bessere Reinigung des Filterkörpers erwarten, aber der Filterkörper als solcher muß dieser Belastung in mechanischer Hinsicht standhalten können. Daher sollte die Geschwindigkeit des Druckanstieges genau eingestellt werden können, beispielsweise mit Hilfe eines Ventils.The backwash pressure is compressed air, a Accumulator or a pump generated. focus is synonymous with the speed with which the pressure change is effected. A sudden Increasing the pressure in the permeate space does indeed a better Expect cleaning of the filter body, but the Filter body as such, this load must be in withstand mechanical damage. Therefore The speed of the pressure increase should be accurate can be adjusted, for example, with the help a valve.
Die Rückspüldruckdifferenz und Rückspüldauer bestimmen gemeinsam das Rückspülvolumen, das möglichst klein gehalten werden muß, weil es einem Verlust an gewonnenem Permeat entspricht. Hierdurch läßt sich erkennen, daß die Anwendung der Rückspülung einer exakten Optimierung bedarf. Eine Steigerung der Permeatleistung ist nur durch gleichzeitigen Permeatverlust zu erzielen - außer man verwendet als Rückspülmedium kein Permeat, sondern Wasser, Luft oder ein anderes Fluid. Bei Verwendung eines anderen Rückspülmediums ergibt sich jedoch ein vergleichsweise vergrößerter Installationsaufwand als bei einer Verwendung von Permeat.Determine the backwash pressure difference and backwash duration together the backwash volume, if possible must be kept small because of a loss corresponds to recovered permeate. This can be recognize that the application of backwashing a exact optimization needs. An increase in the Permeate performance is only due to simultaneous permeate loss to achieve - unless used as a backwash medium no permeate, but water, air or another fluid. When using another Rückspülmediums results however a comparatively increased installation effort than when used from permeate.
Einerseits wird durch die Rückspülung die Membran gereinigt und dadurch eine höhere Permeatleistung erreicht, andererseits reduziert die Rückspülung die gewonnene Permeatmenge, da Permeat wieder in den Feedraum zurückgedrängt wird und die Zeit, in der rückgespült wird, als Filtrationszeit verlorengeht. Des weiteren geht eine gewisse Zeitspanne an Filtrationszeit verloren, da sich nach der Rückspülung erst wieder die ursprünglichen Filtrationsverhältnisse (Druck, Strömungsprofil) einstellen müssen.On the one hand, the backwashing causes the membrane cleaned and thus a higher permeate reached, on the other hand reduces the backwash the gained Permeatmenge, since permeate back into the Feed space is pushed back and the time in the is backwashed as filtration time is lost. Furthermore, a certain amount of time goes by filtration time lost, since after the backwashing only again the original filtration conditions (Pressure, flow profile) need to adjust.
Somit bedarf es bei der Rückspülung einer exakten Optimierung, um nicht die Verluste gegenüber den Gewinnen dominant werden zu lassen.Thus, it requires the backwashing of an exact Optimization, so as not to offset the losses Winning become dominant.
Bei Filterkörpern aus anorganischen Materialien, insbesondere bei solchen mit großen Poren, läßt sich eine besonders gute Effizienz bei der Rückspülung erzielen. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn während der Rückspülung eine Absenkung des Feeddrucks vorgenommen wird.For filter bodies of inorganic materials, in particular in those with large pores, can be a particularly good efficiency during backwashing achieve. It has proved to be advantageous if during the backwashing a lowering of the Feed pressure is made.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es möglich, hohe Filtrationsleistungen zu erzielen. Im allgemeinen liegen die Filtrationsleistungen bei der Behandlung komplexer, biotechnischer Maischen um wenigstens das Zehnfache über den Werten, sie sich mit bekannten Querstrommikrofiltrationsanlagen erzielen lassen. In einem Vergleichsversuch unter Verwendung eines Filterkörpers aus Polypropylen wurde eine dreißigfach niedrigere Permeatleistung erzielt.With the method according to the invention it is possible to achieve high filtration performance. In general are the filtration services at the Treatment of complex, biotechnical mashing around at least ten times the values, they themselves achieve with known crossflow microfiltration systems to let. In a comparative experiment using a filter body made of polypropylene achieved a thirty times lower permeate.
Fig. 1 zeigt die in einem Diagramm zusammengestellten Ergebnisse eines Versuches, wobei die Permeatleistung über der Filtrationszeit aufgetragen worden ist. Unter Verwendung einer vierprozentigen Hefesuspension wurde bei diesem Versuch eine konstant hohe Filtratleistung von etwa 820 l/h/m² erzielt. Die dabei angewendeten Bedingungen lassen sich wie folgt umschreiben: Fig. 1 shows the results of a test in a diagram, wherein the permeate performance has been plotted over the filtration time. Using a four percent yeast suspension, a consistently high filtrate performance of about 820 l / h / m² was achieved in this experiment. The conditions used can be described as follows:
Fig. 2 zeigt ein Diagramm, das das ungewöhnlich stabile Filtrationsverhalten des erfindungsgemäßen Filters verdeutlicht. Der allmähliche Abfall der Kurve ist nur durch die Aufkonzentrierung des ständig rezirkulierten Feedstromes hervorgerufen. Fig. 2 shows a diagram illustrating the unusually stable filtration performance of the filter according to the invention. The gradual decline of the curve is caused only by the concentration of the continuously recirculated feed stream.
Bei Verwendung eines Filterkörpers aus einem Stahlgewebe lassen die Versuchsergebnisse aus der Behandlung von Hefesuspensionen direkte Rückschlüsse zu auf die bei der Behandlung von Maischen zu erwartenden Ergebnisse. Bei der Behandlung von Versandhefemaischen wurden Leistungen in der Größenordnung von 800 bis 960 l/h/m² gegenüber 820 bis 850 l/h/m² bei Hefesuspensionen ermittelt. Für alkoholische Maischen, die eine geringere Hefekonzentration und eine niedrigere Viskosität aufgrund des Alkoholgehaltes aufweisen, konnten Filtrationsleistungen von 1680 l/h/m² erreicht werden.When using a filter body made of a steel fabric leave the trial results from the treatment from yeast suspensions direct conclusions about those expected in the treatment of mash Results. In the treatment of shipping yeasts were services in the order of 800 up to 960 l / h / m² compared to 820 to 850 l / h / m² for yeast suspensions determined. For alcoholic mash, the one lower yeast concentration and a lower one Have viscosity due to the alcohol content, Filtration capacities of 1680 l / h / m² be achieved.
Bei der Behandlung hochkonzentrierter Maischen kann eine Filtrationsleistung von zumindest 100 l/h/m² erreicht werden. Nachfolgender Versuch mit einer konventionellen Polypropylenmembran zeigt einen um den Faktor 10 niedrigeren Trennmembranfluß:In the treatment of highly concentrated mashes can a filtration capacity of at least 100 l / h / m² be achieved. Subsequent trial with one conventional polypropylene membrane reveals one the factor 10 lower separation membrane flux:
Dieses sind, verglichen mit der Filtrationsleistung der bekannten Querstrommikrofiltrationsanlagen, ausgezeichnete Ergebnisse. Bei der Behandlung von Hefe- und Maischesuspensionen im Bereich von 1 bis 20 HTS sind hohe und sehr gut reproduzierbare Permeatleistungen mit Rückhaltefaktoren zwischen 98% und 99,8% mit Stahlgewebefilterkörpern erreicht worden.These are, compared to the filtration performance the known cross-flow microfiltration plants, excellent Results. In the treatment of yeast and mash suspensions in the range of 1 to 20 HTS are high and very well reproducible permeate with retention factors between 98% and 99.8% has been achieved with steel mesh filter bodies.
Derartige Rückhaltefaktoren sind beispielsweise bei der kontinuierlichen alkoholischen Gärung und bei der anäroben oder äroben Abwasserbehandlung mit Biomasserückführung ausreichend, weil ein Verlust an Wertstoffen hier unrelevant ist. Sind bei einer anderen Anwendung hingegen die Wertstoffverluste nicht vertretbar, so ist es ohne weiteres möglich, in einer weiteren Stufe bei niedrigeren Trockensubstanzkonzentrationen (und dementsprechend hohen Permeatleistungen) mit Hilfe eines Keramik-, Grafit- oder Kunststoffilterkörpers eine dead-end Filtration nachzuschalten, um die restliche Trockensubstanz/Biomasse zurückzugewinnen.Such retention factors are included, for example the continuous alcoholic fermentation and at the anaerobic or sewage treatment with biomass recycling sufficient, because a loss of valuable materials here is irrelevant. Are with another Application, however, the recyclables not acceptable, so it is easily possible in one further stage at lower dry matter concentrations (and accordingly high permeate rates) with the aid of a ceramic, graphite or plastic filter body to add a dead-end filtration around the remaining dry matter / biomass recover.
Fig. 4 zeigt ein beispielhaftes Ablaufschema des erfindungsgemäßen Querstrom-Mikrofilters. Die zu behandelnde Suspension enthält Teilchen 4 mit einem Durchmesser D2. Sie wird aus einem Vorlagebehälter 13 mit einer Pumpe P1 in eine Leitung 16 gefördert, in der ein Membranmodul M angeordnet ist. Eine zusätzliche Pumpe P2 ist mit der Pumpe P1 in Reihe geschaltet und bewirkt eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit. Sie kann gegebenenfalls weggelassen werden. Fig. 4 shows an exemplary flow diagram of the cross-flow microfilter according to the invention. The suspension to be treated contains particles 4 with a diameter D2. It is conveyed from a storage tank 13 with a pump P 1 in a line 16 , in which a membrane module M is arranged. An additional pump P 2 is connected in series with the pump P 1 and causes an increase in the flow velocity. It may be omitted if necessary.
Im Membranmodul M wird die Suspension mittels eines Filterkörpers 1 in Permeat und Konzentrat getrennt. Das Permeat durchdringt die Poren 2 des Filterkörpers. Die Poren 2 haben einen kleinsten Durchmesser D1, der größer ist als der größte Durchmesser D2 der abzuscheidenden Teilchen 4. Die Poren 2 haben einen trichterförmig bis zur Vorderseite 3 erweiterten Querschnitt. Ihre Porenachse 5 ist der Anströmrichtung der zu behandelnden Suspension unter einem Winkel B von etwa 65 Grad zugeordnet, die einander gegenüberliegenden Wandungen schließen in dem trichterförmig erweiterten Bereich einen Winkel von 30 Grad ein.In the membrane module M, the suspension is separated by means of a filter body 1 in permeate and concentrate. The permeate penetrates the pores 2 of the filter body. The pores 2 have a smallest diameter D1 which is larger than the largest diameter D2 of the particles 4 to be deposited. The pores 2 have a funnel-shaped to the front 3 extended cross-section. Its pore axis 5 is associated with the direction of flow of the suspension to be treated at an angle B of about 65 degrees, the opposing walls enclose an angle of 30 degrees in the funnel-shaped extended area.
Das Konzentrat fließt während der bestimmungsgemäßen Verwendung der Einrichtung aus dem Membranmodul M über eine Leitung 9 und ein Ventil 11 ab in einen Konzentratbehälter 15, über ein Ventil 12 in einen Vorlagebehälter 13 oder ein Ventil 10 zurück in die Leitung 16. Die Ventile 10, 11, 12 lassen sich alternativ oder in gegenseitiger Abstimmung betätigen, was eine Anpassung der Verfahrensbedingungen an besondere Erfordernisse des durchzuführenden Filtrationsvorganges ermöglicht. Das Ventil 10 ermöglicht eine Rückführung von Konzentrat, aus dem weitere Permeatanteile abzuscheiden sind im Sinne einer Bypaß-Schaltung. Sein Öffnungsquerschnitt kann stufenlos veränderbar sein.During the intended use of the device, the concentrate flows out of the membrane module M via a line 9 and a valve 11 into a concentrate container 15 , via a valve 12 into a reservoir 13 or a valve 10 back into the line 16 . The valves 10, 11, 12 can be actuated alternatively or in mutual coordination, which allows adaptation of the process conditions to special requirements of the filtration process to be performed. The valve 10 allows a return of concentrate from which further permeate portions are to be separated in the sense of a bypass circuit. Its opening cross-section can be infinitely variable.
Das Permeat kann aus dem Permeatraum 5 durch eine Leitung 17 und ein Ventil V3 in einen Permeatbehälter 14 abgeführt werden. Die Leitung 17 enthält zwischen dem Permeatraum und dem Ventil V3 einen Druckluftanschluß, der durch ein Ventil V5 betätigbar ist. Das Ventil V3 ist mit einem Ventil V4 und dem Ventil V5 gekoppelt. Das Ventil V4 ist in einer Rücklaufleitung angeordnet, die die Leitung 16 mit dem Vorlagebehälter 13 verbindet. Das Ventil V3 befindet sich stets in einer mit den Ventilen V4 und V5 entgegengesetzten Schaltstellung. Bei einer gemeinsamen Betätigung resultiert hieraus eine spontane Druckabsenkung auf der Feedseite des Membranmoduls M und ein spontaner Druckanstieg auf der Permeatseite 8 des Filterkörpers 1 durch Einspeisung von Druckluft. Das Permeat fließt dadurch bei einer Betätigung der Ventile V3, V4 und V5 in den Poren 2 des Filterkörpers 1 zurück in Richtung der Feedseite. Die in dem trichterförmig erweiterten Bereich der Poren verblockten, aus der Suspension abgeschiedenen Teilchenagglomerate werden dadurch bei einsetzender Rückströmung des Permeats leicht aus den Poren 2 gelöst und einschließlich der zugehörigen Deckschicht aus weiteren Teilchenagglomeraten von der Vorderseite 3 des Filterkörpers 1 abgehoben. Bedingt durch die spitzwinklig geneigte Zuordnung der Poren 2 zu der Anströmrichtung 6 ergibt sich zugleich eine Relativverlagerung der Deckschicht in Richtung der Leitung 9. Bei erneuter Umkehr der Strömungsrichtung infolge gemeinsamer Betätigung der Ventile V3 und V4 vermag die Deckschicht daher nicht mehr in ihre vorherigen Zuordnungsposition in bezug auf die Porenstruktur des Filterkörpers 1 zurückzukehren. Die aus der Deckschicht nach unten vorstehenden Teilchenagglomerate wirken vielmehr als Abstandhalter in bezug auf die Vorderseite 3 des Filterkörpers 1, wodurch die zu filtrierende Suspension die Vorderseite 1 des Filterkörpers und damit dessen Poren unverzüglich wieder zu erreichen vermag. Die Filtration kann dadurch ohne weitere Verzögerung fortgesetzt und die zyklische Rückspülung pulsierend, d. h. jeweils in einer äußerst kurzen Zeitspanne vorgenommen werden.The permeate can be removed from the permeate space 5 through a conduit 17 and a valve V 3 into a permeate vessel 14 . The line 17 contains between the permeate space and the valve V 3, a compressed air connection, which is actuated by a valve V 5 . The valve V 3 is coupled to a valve V 4 and the valve V 5 . The valve V 4 is arranged in a return line which connects the line 16 with the feed tank 13 . The valve V 3 is always in a direction opposite to the valves V 4 and V 5 switching position. In a joint operation, this results in a spontaneous pressure reduction on the feed side of the membrane module M and a spontaneous pressure increase on the permeate side 8 of the filter body 1 by supplying compressed air. The permeate thereby flows upon actuation of the valves V 3 , V 4 and V 5 in the pores 2 of the filter body 1 back in the direction of the feed side. The particle agglomerates deposited in the funnel-shaped expanded region of the pores and separated out of the suspension are thereby easily released from the pores 2 when the permeate flows back, and lifted off the front side 3 of the filter body 1 including the associated cover layer from further particle agglomerates. Due to the acute-angled inclined assignment of the pores 2 to the flow direction 6 results in a relative displacement of the cover layer in the direction of the line. 9 Upon renewed reversal of the flow direction as a result of joint actuation of the valves V 3 and V 4, the cover layer can therefore no longer return to its previous assignment position with respect to the pore structure of the filter body 1 . Rather, the particle agglomerates projecting downwards from the cover layer act as spacers with respect to the front side 3 of the filter body 1 , whereby the suspension to be filtered is able to reach the front side 1 of the filter body and thus its pores again without delay. The filtration can be continued without further delay and the cyclic backwashing pulsating, ie each made in a very short period of time.
Claims (12)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE4105210A DE4105210C1 (en) | 1991-02-20 | 1991-02-20 | Cross-flow micro-filter for particle concn. in suspension - is cyclically backflushed to prevent passage of small particles through funnel-shaped pores |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| DE4105210A DE4105210C1 (en) | 1991-02-20 | 1991-02-20 | Cross-flow micro-filter for particle concn. in suspension - is cyclically backflushed to prevent passage of small particles through funnel-shaped pores |
Publications (1)
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| DE4105210C1 true DE4105210C1 (en) | 1992-03-19 |
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Family Applications (1)
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Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE4105210C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4407094C1 (en) * | 1994-03-03 | 1995-03-09 | Atz Evus | Process for filtering liquids and an associated apparatus |
| EP0645174A1 (en) * | 1993-09-24 | 1995-03-29 | X-Flow B.V. | Method for the removal of components causing turbidity, from a fluid, by means of microfiltration |
-
1991
- 1991-02-20 DE DE4105210A patent/DE4105210C1/en not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
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