DE4133974C2 - Filtrationssystem - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Filtrationssystem zur Abtrennung von
ungelösten Stoffen aus einem flüssigen Medium gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
Die Abtrennung von Feststoffen aus flüssigen Medien geschieht
in der Regel durch Druckfiltration, wobei das zu filtrierende
Medium senkrecht gegen eine Filterfläche gedrückt wird. Diese
Art der Filtration hat jedoch den Nachteil, daß die Filterporen
schnell verblocken und somit der Filterwiderstand steigt. Um
diesen Nachteil zu überwinden, wurde die Tangentialflußfiltra
tion eingeführt, bei der die Filteroberfläche nicht senkrecht,
sondern parallel angeströmt wird. Häufig wird aber auch hierbei
keine kontinuierliche Reinigung erzielt, so daß es vor allem
bei längerer Anwendung zu Verblockungen kommt.
Aus US-PS 3 109 809 ist ein Tangentialfluß-Filter bekannt, bei
dem das Problem des Verblockens durch eine Drucksteuerung gelöst
wird. Hierbei wird der Druckabfall "durch das Filter" Δp1
= p1 - p2 so gewählt, daß dieser immer größer ist als der Druckabfall
"entlang dem Filter" Δp2 = p1 - p3. Eine solche Drucksteuerung
ist aber aufwendig und läßt sich nicht bei jeder Anwendung
realisieren.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Filtrationssystem
zur Abtrennung von Feststoffen aus einem flüssigen Medium
zu schaffen, bei dem auf einfache Weise ein Verblocken der
Filterporen verhindert wird und das sich für den kontinuierlichen
Betrieb eignet.
Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe dadurch, daß bei
dem aus einer mehrschichtigen Gewebeanordnung bestehenden Filter
(3) die Trenngrenzen der einzelnen Gewebeschichten (4, 5, 6) in
Richtung des Filtratstromes zunehmen. Durch diese Anordnung
werden bei einem parallelen Überströmen der Filteroberseite
Partikel, die sonst einen Filter verblocken würden, am Eindringen
in das Filtermedium gehindert und konzentriert.
Der besondere Vorteil eines solchen Filtrationssystems besteht
in den verhältnismäßig langen Betriebszeiten. Hierdurch werden
erstmals Anwendungen möglich, für die bislang keine Filtra
tionssysteme geeignet waren.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den
Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 Ein Filtrationsmodul in einem schematischen Längs
schnitt,
Fig. 2 das Gehäuse des Filtrationssystems in einem schemati
schen Längsschnitt und
Fig. 3-5 Fließschemata von Verfahren, die das Filtrations
system ermöglicht.
Das Filtrationssystem 23 weist in bevorzugter
Ausgestaltung ein in Fig. 1 dargestelltes Filtermodul 1 auf.
Dieses Filtermodul 1 besteht aus einem Filterelement 2 und
hieran endabschnittsseitig angeordneten, meist ringförmigen
Paßstücken 7, 8 zum Einfügen in das Filtergehäuse 10. Schweiß
nähte 9 können beispielsweise für eine Verbindung zwischen dem
Filterelement 2 und den Paßstücken 7, 8 sorgen. Darüber hinaus
können Dichtelemente 11 vorgesehen sein, die z. B. manschetten
förmig ausgestaltet sind und die Paßstücke 7, 8 umgeben.
Das Filterelement 2 ist vorwiegend zylinderförmig ausgebildet
und besitzt eine Wandung, die aus einer Anordnung von einzelnen
Gewebeschichten 4, 5, 6 besteht. Das Besondere dieser Gewebean
ordnung liegt darin, daß jede einzelne Gewebeschicht eine defi
nierte Porengröße mit einer entsprechenden Trenngrenze für par
tikuläre Stoffe aufweist, wobei die Trenngrenzen in Richtung
des Filtratstromes zunehmen. Wird das Filterelement 2 von dem
zu filtrierende Medium in Längsrichtung durchströmt, entsteht
ein Parallelfluß entlang der inneren Filteroberfläche 12. Ein
Teil des strömenden Mediums wird hierbei filtriert, während ein
anderer Teil das Filterelement 2 unfiltriert wieder verläßt.
Der auf diese Weise filtrierte Teil des Mediums bildet den Fil
tratstrom, der senkrecht zur Strömungsrichtung des zu filtrie
renden Mediums durch das Filter 3 aus dem Filterelement 2 aus
tritt.
Zur Abtrennung größerer Partikel aus einem flüssigen Medium hat
es sich bewährt, die einzelnen Gewebeschichten 4, 5, 6 aus ei
nem metallischen Werkstoff auszubilden. Geeignet sind hierfür
vor allem gesinterte Metallvliese und Metallgewebe, welche
weitgehend druckstoßunempfindlich sind und auch durch abrasive
Partikel nicht zerstört werden. Es ist aber auch möglich, die
einzelnen Gewebeschichten 4, 5, 6 aus anderen Materialien wie
z. B. beständigen Kunststoffen herzustellen.
Mindestens zwei dieser Gewebeschichten 4, 5, 6 bilden das Fil
ter 3, wobei grundsätzlich die innere Gewebeschicht 6 die
kleinste Trenngrenze aufweist. Durch diese asymmetrische Anord
nung der Gewebeschichten wird es möglich, Filterporen 13 zu er
zeugen, deren Durchmesser in Richtung des Filtratstromes zuneh
men, wodurch der Strömungswiderstand für das Filtrat minimiert
ist. Zur Abtrennung von Feststoffen aus einem flüssigen Medium
werden Trenngrenzen der inneren Gewebeschicht 6 von 1 bis 200
µm bevorzugt. Sollen grobe Bestandteile des flüssigen Mediums
abgetrennt werden, kann der Porendurchmesser aber auch größer
sein.
Durch die allgemein zylindrische Ausbildung des Filterelements
2 entsteht ein freier Fließkanal 14, dessen Höhe sich nach der
gewünschten Fließleistung bestimmt. Als vorteilhaft hat sich
hierbei ein Durchmesser von mindestens 5 mm erwiesen.
Fig. 2 zeigt schließlich das Filtergehäuse 10, in welches das
Filtermodul 1 eingesetzt ist. Es weist Bohrungen 15, 16 zur
Aufnahme der Paßstücke 7, 8 auf und bildet im eingebauten Zu
stand des Filtermoduls 1 eine Kammer 17, die das Filterelement
2 umgibt. In dieser sammelt sich das Filtrat, das über die
seitlich angeordneten Auslaßstutzen 18, 19 austreten kann.
Das erfindungsgemäße Filtrationssystem 23 eignet sich bevorzugt
zur kontinuierlichen Aufbereitung von feststoffhaltigen Flüs
sigkeiten. Überall dort, wo man z. B. On-line-Messungen zur
kontinuierlichen Bestimmung von Inhaltsstoffen in Flüssigkeiten
durchführt, kann das Filtrationssystem zur Probenvorbereitung
eingesetzt werden. Solche Messungen gewinnen zunehmende Bedeu
tung in der Abwassertechnik. Hier müssen Feststoffe regelmäßig
entfernt werden, bevor eine On-line-Messung erfolgen kann. Im
Gegensatz zu den bislang verwendeten Filtrationssystemen mit
mikroporösen Membranen bzw. Ultrafiltrationsmembranen bieten
die vorliegenden Systeme deutlich verlängerte Standzeiten, so
daß die herkömmlichen Systeme ersetzt oder zumindest durch ein
Vorschalten des Filtrationssystems verbessert werden können.
Ein weiterer Anwendungsvorteil ergibt sich bei der Behandlung
heißer Bierwürze. Tangentialflußfiltrationssysteme mit mikropo
rösen Membranen haben hierbei den Nachteil, daß sich sehr
schnell eine die Membran überlagernde Schicht ausbildet, die
vor allem höhermolekulare Stickstofffraktionen, auf die es bei
diesen Prozessen besonders ankommt, zurückhält. Das vorliegende
Filtrationssystem 23 läßt diesen Stickstoff passieren und
trennt lediglich die Feststoffpartikel ab.
Die in Fig. 3 bis 5 dargestellten Fließschemata zeigen schließ
lich die Anordnung des erfindungsgemäßen Filtrationssystems 23
im Aufarbeitungsprozeß.
Fig. 3 zeigt ein Verfahren zur kontinuierlichen Abtrennung von
Feststoffen aus einem Flüssigkeitsstrom, wie z. B. aus einem Ab
wasserteilvolumenstrom. Über einen Zulauf 20 gelangt das unfil
trierte Abwasser in einen Auffangbehälter 21 und anschließend
über eine Pumpe 22 zu dem Filtrationssystem 23. Über einen Pum
pen-Bypass 24 kann das Konzentrat wieder dem unfiltrierten Ab
wasser zugeführt werden, von dem ein Teilstrom 26 z. B. wieder
zurück in die Kläranlage gelangt. Das entstehende Filtrat 25
kann schließlich zur On-line-Messung verwendet werden.
Fig. 4 zeigt ebenfalls ein Verfahren zur kontinuierlichen Ab
trennung von Feststoffen aus einem Flüssigkeitsstrom, aller
dings mit der Besonderheit, daß dem Filtrationssystem 23 ein
weiteres Filtrationssystem 27 nachgeschaltet ist. Das Filtra
tionssystem 27 kann hierbei mit mikroporösen Membranen oder mit
Ultrafiltrationsmembranen ausgestattet sein. Durch diese Anord
nung wird erreicht, daß vorgereinigtes Abwasser 28 z. B. zur On
line-Messung verwendet werden kann, während eine weitergehende
Filtration z. B. zur Abtrennung von Mikroorganismen über das
nachgeschaltete Filtrationssystem 27 möglich ist.
Fig. 5 zeigt schließlich ein Verfahren, mit dem auch große
Flüssigkeitsmengen im kontinuierlichen Betrieb filtrierbar
sind. Dieses Verfahren eignet sich z. B. zur Behandlung von Roh
wasser, Abwasser, Fermenterbrühen, Biermaische oder Bier-Heiß
würze. An die Stelle eines Auffangbehälters kann in diesem Fall
auch ein Prozeßbehälter 29 treten, von dem aus das zu filtrie
rende Medium über eine Zuführ- oder Druckerhöhungspumpe 30 zu
Kreislaufpumpen 31, 32 gefördert wird. Diese leiten das Medium
durch die Filtrationssysteme 23a-d, die parallel und/oder in
Serie angeordnet sein können. Das gebildete Konzentrat kann an
schließend über die Leitung 33 rezirkuliert werden oder über
eine Leitung 34 wieder in den Prozeßbehälter 29 gelangen. Hier
bei kann ein Ventil 35 vorgesehen sein, das für einen ausrei
chenden Filtrationsdruck sorgt. Das Konzentrat kann aber auch
über eine Abschlemmleitung 36 geführt werden, die zusätzlich
ein Druckhalteventil 37 aufweisen kann. Das gebildete Filtrat
wird schließlich über die Leitungen 38, 39 abgeführt.
Claims (2)
1. Filtrationssystem zur Abtrennung von ungelösten Stoffen aus
einem flüssigen Medium, bei dem die zu filtrierende Flüs
sigkeit parallel zur Oberfläche eines mehrschichtigen Filters
geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem aus einer
mehrschichtigen Gewebeanordnung bestehenden Filter (3) die
Trenngrenzen der einzelnen Gewebeschichten (4, 5, 6) in Richtung
des Filtratstromes zunehmen.
2. Filtrationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die die kleinste Trenngrenze besitzende Gewebeschicht (6)
eine Trenngrenze von 1 bis 200 µm aufweist.
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