DE4404808C1 - Vorrichtung zur Erzeugung extrem kurzer Rückspülimpulse in intervallmäßiger Abfolge auf das Permeat einer Querstrom-Mikrofiltration - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung extrem kurzer Rückspülimpulse in intervallmäßiger Abfolge auf das Permeat einer Querstrom-Mikrofiltration nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine Einrichtung bei der extrem kurze Rückspülimpulse in intervallmäßiger Abfolge auf das Permeat einer Querstrom- Mikrofiltration wirken, ist im wesentlichen aus der DE 41 05 210 C1 bekannt, wobei in dieser Druckschrift lediglich die Geometrie der Poren des Filterkörpers unter Schutz gestellt ist. Durch die besondere Geometrie der Poren wird in Verbindung mit Rückspülimpulsen von extrem kurzer Dauer erreicht, daß die sich auf der Vorderseite der Filtermembran bildende Deckschicht von dieser nahezu vollständig abgehoben werden kann, wodurch ein Verblocken von Teilchenagglomeraten mit den jeweils zugeordneten Poren nachhaltig verhindert wird. Die ursprünglich vorhandene, spezifische Filterleistung ist dadurch ohne weitere Verzögerung vom Zeitpunkt des Abhebens der Deckschicht von der Vorderseite an erneut verfügbar. Die bekannte Einrichtung gibt keine Hinweise darüber, wie die Rückspülimpulse von extrem kurzer Dauer verfahrenstech­ nisch oder apparativ erzeugt werden können. Daher ist auch nicht beurteilbar, ob die bekannte Einrichtung den heute zu fordernden hygienischen Anforderungen genügt, wenn sie im Nahrungsmittel- und Getränkebereich zur Anwendung kommt.

Herkömmliche Filtrierverfahren, wie sie bislang bei der Filtration von Getränken, insbesondere Bier, zur Anwen­ dung gelangten, erfordern den Einsatz von Filterhilfs­ stoffen, wie beispielsweise Kieselgur, Filterschichten oder Filtermassen, die heute zunehmend eine Umweltbe­ lastung darstellen. Daher wird versucht, die herkömmli­ chen Filtrationsverfahren durch Membranfiltrationsverfah­ ren, beispielsweise durch die Querstrom-Mikrofiltration, zu ersetzen. Zwar sind diese Verfahren umweltfreundlich, jedoch konnten sie die hohen Filterleistungen der her­ kömmlichen Filtrationsverfahren bislang nicht erreichen, weil die ohnehin relativ niedrigen Fluxraten (Volumen­ strom durch das Membranfilter je Quadratmeter und Stunde) durch Deckschichtbildung auf der Vorderseite der Membran mit fortschreitender Filtrationszeit noch weiter redu­ ziert werden. Die Deckschichtbildung läßt sich durch kurzzeitiges, periodisches Rückspülen mittels Permeat auflösen, jedoch reduzieren diese Rückspülintervalle die Filtrationsleistung, so daß das Querstrom-Mikrofiltrati­ onsverfahren durch einen relativ hohen Kostenaufwand ei­ nerseits für die Bereitstellung der erforderlichen Mem­ branfläche und andererseits für die Reinigung zur nach­ haltigen Sicherstellung einer hinreichenden Fluxrate be­ lastet ist.

Um die Reduzierung der Filterleistung infolge Rückspülung zu begrenzen, wird vorgeschlagen, Rückspülimpulse von ex­ trem kurzer Dauer zu generieren, die allerdings so ef­ fektiv sein müssen, daß die Verblockung der Teilchen in den zugehörigen Poren aufgelöst wird. In der Beschrei­ bungseinleitung der Druckschrift DE 41 05 210 C1 werden in diesem Zusammenhang vorteilhafte Rückspülzeiten von 0,5 s bei Rückspülintervallen von 20 s angegeben. Abge­ sehen davon, daß die bekannte Einrichtung nicht darlegt, wie diese Rückspülbedingungen realisiert werden können, läßt sich die Querstrom-Mikrofiltration gegenüber dem herkömmlichen Filtrationsverfahren nur dann konkurrenz­ fähig ausgestalten, wenn die Rückspülzeiten noch wesent­ lich weiter verkürzt und die Rückspülintervalle auf 3 bis 5 s reduziert werden, wobei dies bei sehr kleinen Rück­ spülvolumina zu erfolgen hat (durch ein sogenanntes "back-shock"-Verfahren).

Durch das vorgenannte "back-shock"-Verfahren werden die Teilchen auf der Vorderseite der Membran in der Schwebe gehalten, der Permeatverlust wird minimiert und die Flux­ rate bleibt näherungsweise über die Filtrationszeit kon­ stant. Nach den Regeln der Mechanik sind die Impuls­ kräfte, die ursächlich für die Auflösung der Verblockung der Teilchen in den Poren verantwortlich sind, abhängig von der impulsweise bewegten Flüssigkeitsmasse und ihrer jeweiligen Beschleunigung. Um die Permeatverluste klein zu halten, muß die in umgekehrter Richtung zum planmäßigen Filtrationsvorgang beschleunigte Permeatmasse möglichst klein gehalten werden. Dies wiederum erfordert im Hinblick auf den gewünschten Effekt eine möglichst große Beschleunigung der Permeatmasse in Richtung der Filtermembran.

Effiziente Rückspülimpulse kurzer Dauer sind durch Maß­ nahmen, wie sie in der Druckschrift DE 41 05 210 C1 al­ lenfalls angedeutet sind (Einspeisung von Druckluft in die Permeatseite, Absperren des Permeatablaufs und Druck­ absenkung auf der Retentatseite der Filtermembran), je­ denfalls nicht erreichbar.

Aus der Druckschrift DE 26 03 999 ist ein Verfahren zur Durchführung einer Membranfiltration bekannt, bei dem ei­ ne dynamisch-gebildete Membran auf rohrförmigem porösen Material angebracht und diese Membran zu bestimmten Zei­ ten durch Rückspülen des Filtrats und Abführen des abge­ spülten Membranmaterials aus den Rohren ersetzt wird. Zu diesem Zweck wird der Druck in den Rohren weggenommen, der Druck auf der Permeatseite erhöht und anschließend eine neue Membran angebracht. Nach diesem Verfahren ist vorgesehen, pro Quadratmeter Filterfläche minimal ein Li­ ter Filtrat innerhalb von einer Sekunde durch die Fil­ terfläche zurückzupressen. Die Übertragung derartiger Betriebsbedingungen des gattungsfremden Verfahrens auf eine Vorrichtung der einleitend gekennzeichneten Gattung würde bedeuten, daß mit letzterer eine wirtschaftliche Betriebsweise in Konkurrenz zu herkömmlichen Filtrations­ verfahren nicht erreicht werden kann.

Die darüber hinaus aus der Druckschrift DE 26 03 999 bekannten Mittel zur Erzeugung eines plötzlichen Druckan­ stieges unter den vorgenannten Betriebsbedingungen sind, da sie auf diese Bedingungen abgestellt sind, nicht geeignet, im Rahmen des sogenannten "back-shock"-Verfah­ rens zur Anwendung zu gelangen. Im Vergleich zum älteren Verfahren (Rückspülzeit ca. 1 s, Rückspülvolumen < 1 Li­ ter/m² Filterfläche) erfordert das "back-shock"-Verfahren Rückspülzeiten um 0,1 s bei einem Rückspülvolumen bzw. einem zur Erzeugung des Rückspülimpulses erforderlichen Pulsvolumen von 2 bis 40 ml/m² Filterfläche. Darüber hinaus sind die in der DE 26 03 999 beschriebenen Einrichtungen zur Erzeugung eines plötzlichen Druckstoßes bereits aufgrund ihrer konzeptionellen Anlage nicht reinigungsfreundlich, das heißt CIP-gerecht ausgestaltet (CIP steht für "cleaning in place", was soviel bedeutet wie: reinigungsfähig an Ort und Stelle im Durchfluß).

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einer Vor­ richtung der einleitend gekennzeichneten Gattung die Generierung von Rückspülimpulsen mit relativ einfachen Mitteln effizient zu gestalten, ohne daß die Wirtschaft­ lichkeit des Querstrom-Mikrofiltrationsverfahrens nen­ nenswert beeinträchtigt wird, wobei einer reinigungs­ freundlichen Ausgestaltung der Vorrichtung besondere Bedeutung zukommt.

Diese Aufgabe wird durch Anwendung der Kennzeichenmerk­ male des Anspruchs 1 gelöst; vorteilhafte Ausgestaltungen der vorgeschlagenen Anordnung sind Gegenstand der weite­ ren Unteransprüche.

Die Vorrichtung gemäß der Erfindung bildet die bewegliche Trennwand, die den Permeatraum vom Druckmittelraum trennt, schlauchförmig aus, wobei der Permeatraum von der Schlauchinnenseite begrenzt wird und innerhalb des Permeatraumes ein perforiertes Stürzrohr als Hubbegrenzer angeordnet ist, an das die bewegliche Trennwand zur Anlage gebracht werden kann. Das Stützrohr stellt die Erzeugung eines definierten Impulsvolumens sicher und verhindert die Lebensdauer der beweglichen Trennwand reduzierende Überdehnungen. Durch die schlauchförmige Ausbildung der beweglichen Trennwand und die Anordnung des Permeatraumes auf der Schlauchinnenseite ist der Permeatraum besonders reinigungsfreundlich und CIP- gerecht ausgestaltet.

Die Reinigungsfähigkeit des Permeatraumes zur Erzeugung des Rückspülimpulses ist dadurch in optimaler Weise sichergestellt, daß er im Bedarfsfalle in jener Richtung im Durchfluß durchströmbar ist, in der auch in ihm die planmäßigen, auf den Filterkörper hin gerichteten Rückspülimpulse erzeugt werden. Dabei kann die Durchflußströmung sowohl auf den Filterkörper oder von diesem wegweisend orientiert sein. Der Raum und die zur Impulserzeugung vorgesehenen Mittel sind dabei derart ausgestaltet, daß die Permeatseite zur Umgebung hin auch fortwährend geöffnet bleiben kann, ohne daß hierdurch die Wirtschaftlichkeit des Membran-Trennverfahrens nennens­ wert beeinträchtigt wird. Der dadurch sichergestellte kontinuierliche Filtrationsbetrieb ist insbesondere bei empfindlichen Produkten, wie beispielsweise Bier, angezeigt. Bei weniger empfindlichen Produkten ist ein intermittierender Filtrationsbetrieb tolerierbar, so daß hier die Permeatseite zur Umgebung hin über die Dauer des Spülimpulses geschlossen bleiben kann.

Die Anwendung der Vorrichtung gemäß der Erfindung gestal­ tet sich besonders einfach, wenn der Permeatraum zur Erzeugung des Rückspülimpulses vom abströmenden Permeat­ fluß durchsetzt ist. Dabei werden die zur Erzeugung des Rückspülimpulses notwendigen Reaktionskräfte über die d′Alambertschen Trägheitskräfte infolge der in der weiter stromabwärts gelegenen Permeatleitung befindlichen Permeatmasse gebildet.

Um einerseits die zur effizienten Generierung des Rück­ spülimpulses notwendigen hohen Beschleunigungen zu erzeu­ gen, ist das dem Permeatraum zur Erzeugung des Rückspül­ impulses zuströmende Druckmittel gepuffert, wie dies eine Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß der Erfindung vor­ sieht. Andererseits wird durch eine eben solche Pufferung des abströmenden Druckmittels sichergestellt, daß bei der Bewegungsumkehr der zur Erzeugung des Rückspülimpulses notwendigen beweglichen Trennwand eine Unterdruckbildung auf der Permeatseite verhindert wird.

Die Zufuhr des Druckmittels kann zum einen, wie dies eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung gemäß der Erfindung vorsieht, aus einem über eine Druckmittelquelle permanent gespeisten Druckmittelsystem erfolgen, wobei die Zufuhr über ein Belüftungsventil realisiert wird, mit welchem die erforderlichen relativ kurzen Impulszeiten darstell­ bar sind.

Nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der Vor­ richtung gemäß der Erfindung werden die notwendigen kurzen Impulszeiten zum anderen dadurch sichergestellt, daß das zur Auslenkung der beweglichen Trennwand erfor­ derliche Druckmittelvolumen im Wege eines Druckausgleichs mit einem Druckmittelsystem bereitgestellt wird, wobei letzteres im Bedarfsfall jeweils ein fest abgegrenztes Speichervolumen mit Druckmittel hohen Druckes bereithält.

Die reinigungsfreundliche Ausgestaltung umfaßt unter an­ derem auch das als Hubbegrenzer fungierende Stützrohr, wenn dieses, wie dies eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der vorgeschlagenen Vorrichtung vorsieht, als zylindrisches Stützrohr ausgebildet ist, welches konzentrisch innerhalb der beweglichen Trennwand angeordnet, über Abstandshalter innerhalb des Raumes gehaltert und allseits umströmbar ist. Durch Perfo­ rierung des zylindrischen Stützrohres läßt sich insbe­ sondere die Rückverformung der beweglichen Trennwand forcieren, wobei bei einem in Richtung der Permeatseite abnehmenden Durchtrittsquerschnitt der Perforierung eine asymmetrische Anlage der beweglichen Trennwand an der zylindrischen Stützwand erfolgt und damit eine bevorzugte Ausprägung des Rückspülimpulses in Richtung der Filter­ membran begünstigt wird.

Die Entstehung der gewünschten und auf die Filtermembran gerichteten axialen Komponente des Rückspülimpulses wird darüber hinaus dadurch unterstützt, wie dies eine weitere Ausgestaltung der vorgeschlagenen Vorrichtung vorsieht, daß das Stützrohr konisch ausgebildet ist, welches kon­ zentrisch innerhalb der beweglichen Trennwand angeordnet, über Abstandshalter im Raum gehaltert ist und welches sich zum Filterkörper hin verjüngt. Hierdurch kommt die bewegliche Trennwand zunächst am durchmessergrößeren Teil des konischen Stützrohres zur Anlage, um sich dann, fortschreitend in Richtung des Filterkörpers, auf dem konischen Stützrohr anzulegen und dadurch einen im wesentlichen auf den Filterkörper orientierten Flüssig­ keitsimpuls zu erzeugen.

Die Rückverformung der beweglichen Trennwand auf dem Weg vom konischen Stützrohr in ihre Ausgangslage wird durch eine Perforierung unterstützt. Ein in Richtung des Fil­ terkörpers abnehmender Durchtrittsquerschnitt der Perfo­ rierung führt zu einer schnelleren Anlage der beweglichen Trennwand am durchmessergrößeren Teil des konischen Stützrohres und unterstützt dadurch die Ausbildung des gewünschten axial orientierten Rückspülimpulses.

Um bei der Rückverformung der beweglichen Trennwand deren Überschwingen in Richtung der Mittel zur Zufuhr bzw. Ab­ fuhr des Druckmittels zu verhindern, sieht eine weitere Ausführungsform der vorgeschlagenen Vorrichtung vor, daß die bewegliche Trennwand auf ihrer dem Raum zur Erzeugung des Rückspülimpulses in radialer Richtung abgewandten Seite von einem zweiten perforierten Hubbegrenzer bzw. zweiten perforierten Stützrohr begrenzt ist. Dadurch ist es möglich, zu einer Austrittsöffnung eines Druckmittel­ anschlusses oder zu mehreren dieser Öffnungen einen minimalen radialen Abstand sicherzustellen, so daß unter allen Betriebsverhältnissen eine einwandfreie Abfuhr des Druckmittels gewährleistet ist.

Die Auslenkung der beweglichen Trennwand zur Erzeugung des Rückspülimpulses und damit die Beschleunigung der verdrängten Permeatvolumina werden forciert, wenn das Druckmittel, wie dies eine andere Ausführungsform der vorgeschlagenen Vorrichtung vorsieht, von einem Verteiler- /Sammelkanal über mehrere über dessen Länge verteilte Öffnungen durch ein die bewegliche Trennwand berandendes Gehäuse auf diese hindurchgreifen kann.

Um die Verteilung des zuströmenden Druckmittels bzw. das Sammeln des abströmenden Druckmittels noch weiter zu ver­ bessern, sieht eine weitere Ausgestaltung der vorgeschla­ genen Vorrichtung vor, daß die Verteiler-/Sammelkanäle asymmetrisch versetzt zum Zentrum des Raumes zur Erzeu­ gung des Rückspülimpulses in vom Filterkörper abweisender Richtung angeordnet sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden erläutert. Es zeigen

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine erste Vor­ richtung gemäß der Erfindung;

Fig. 2a einen Teil der Vorrichtung gemäß Fig. 1 im Bereich des Querstrom-Mikrofilters;

Fig. 2e eine stark vergrößerte Darstellung eines be­ vorzugt zur Anwendung kommenden Filterkörpers (Kapillarmembran);

Fig. 2b, 2c, 2d in schematischer Darstellung weitere bevor­ zugte Anordnungsvarianten eines Impulsgebers gemäß der Erfindung;

Fig. 3 einen Meridianschnitt durch eine erste bevor­ zugte Ausführungsform des Impulsgebers gemäß der Erfindung mit einem zylindrischen Stütz­ rohr;

Fig. 3a einen Querschnitt durch den Impulsgeber gemäß Fig. 3 im Bereich eines Verteiler-/Sammel­ kanals;

Fig. 4 ebenfalls im Meridianschnitt eine zweite be­ vorzugte Ausführungsform des Impulsgebers ge­ mäß der Erfindung mit einem konischen Stütz­ rohr;

Fig. 5 in schematischer Darstellung in einer ersten bevorzugten Ausführungsform eine Vorrichtung zur Zu- und Abfuhr des zur Erzeugung des Rückspülimpulses notwendigen Druckmittels und

Fig. 6 ebenfalls in schematischer Darstellung eine zweite bevorzugte Vorrichtung zur Bereitstel­ lung des Druckmittels zur Erzeugung des Rück­ spülimpulses.

Einem vorzugsweise vertikal angeordneten Querstrom-Mikro­ filter 1 wird über eine Zulaufleitung 2a von der Ober­ seite her Unfiltrat zugeführt, welches an der Unterseite über eine Ablaufleitung 2b abgeführt wird. Der sich mit Partikeln anreichernde sogenannte Retentatstrom wird über eine Umlaufpumpe 4 solange über einen Filterkörper 1a umgewälzt, bis seine Partikelkonzentration beispielsweise auf das Neunzig- bis Hundertfache des Ausgangswertes angereichert ist. Das durch den Filterkörper 1a hindurch­ tretende Filtrat, das Permeat, verläßt über eine mittels eines Ventiles 6 abschließbare Permeatleitung 5 eine Permeatseite 1d des Querstrom-Mikrofilters 1. Zum
Ausgleich der Volumenbilanz wird über eine Zuführleitung 2 ein entsprechender Unfiltratstrom zugeführt. An einem permeatseitigen Anschlußstutzen 1f eines Gehäuses 1e des Querstrom-Mikrofilters 1 ist ein Impulsgeber 3 angeord­ net, mit dem der Permeatseite 1d Rückspülimpulse von extrem kurzer Dauer in intervallmäßiger Abfolge aufge­ prägt werden können. Nähere Einzelheiten zum Impulsgeber 3 und zu weiteren Einzelheiten der Vorrichtung finden sich in der Beschreibung der nachfolgenden Figuren.

Eine bevorzugte Ausführungsform des Querstrom-Mikrofil­ ters 1 (Fig. 2a) beinhaltet eine Vielzahl von Filterkör­ pern 1a, welche in einer besonders vorteilhaften Ausfüh­ rungsform als sogenannte Kapillarmembranen ausgebildet sind (Einzelheit gemäß Fig. 2e). Das über die Zulauflei­ tung 2a einer Vorderseite 1c (Retentatseite) des Filter­ körpers 1a zuströmende Retentat wird über die Dauer der Filtrationszeit zunehmend aufkonzentriert, da Partikel über Poren 1b, die den Filterkörper 1a ganz durchdringen, zurückgehalten werden, während das Permeat durch die Po­ ren 1b hindurch auf die Permeatseite 1d des Filterkörpers 1a gelangt, um von dort über die gemeinsame Sammelleitung 5 (Permeatleitung) aus dem Querstrom- Mikrofilter 1 abzu­ strömen. Über den an dem Gehäuse 1e des Querstrom-Mikro­ filters 1 angeordneten Anschlußstutzen 1f ist der Impuls­ geber 3 über sein Anschlußgehäuse 3a auf kurzem Wege mit möglichst großem Durchtrittsquerschnitt angeschlossen. Das Ventil 6 schließt die Permeatseite 1d ab über die Zeitdauer der Wirksamkeit des Rückspülimpulses (intermittierende Filtration). Zum Zwecke der Durchflußreinigung wird der Impulsgeber 3 auf seinem der Permeatseite 1d abgewandten Ende mittels eines Absperrventiles 19 geöffnet, so daß eine sogenannte CIP-Reinigung entweder von der Permeatseite 1d aus oder in umgekehrter Richtung durchgeführt werden kann. Das Retentat wird über die Ablaufleitung 2b ab- und der Umlaufpumpe 4 zugeführt.

Bei Anwendung der vorgeschlagenen Vorrichtung kann die Permeatseite 1d über die Permeatleitung 5 zur Umgebung hin fortwährend offen bleiben (Fig. 2b). Dadurch wird eine überwiegend kontinuierliche Filtration bei empfind­ lichen Produkten sichergestellt.

Die vorgeschlagene Vorrichtung kann aber auch derart angewendet werden, daß ein Permeatraum 3g, 3h (Fig. 2c) zur Erzeugung des Rückspülimpulses innerhalb des Impuls­ gebers 3 vom abströmenden Permeatfluß durchsetzt ist, das heißt der Permeatraum 3g, 3h ist integraler Bestandteil der vom Querstrom-Mikrofilter 1 fortführenden Perme­ atleitung 5. Eine CIP-Reinigung ist über die Permeatlei­ tung 5 sowohl in der einen als auch in der anderen Rich­ tung gegeben. Durch die vorgeschlagene Anordnung ist eine kontinuierliche Filtration durchführbar, da die Permeat­ seite 1d zur Umgebung hin fortwährend geöffnet ist.

Im Gegensatz zur Vorrichtung gemäß Fig. 2c zeigt Fig. 2d eine Vorrichtung, bei der über die Zeitdauer des Rückspülimpulses die Permeatleitung 5 über das Ventil 6 geschlossen werden kann, wodurch dann eine intermit­ tierende Filtration vorliegt. Bei den Vorrichtungen gemäß den Fig. 2a und 2b kommt der Impulsgeber 3 in einer ersten bevorzugten Ausführungsform zur Anwendung, wie er in Fig. 3 dargestellt ist. Die Vorrichtungen der Fig. 2c und 2d zeigen den Impulsgeber 3 in einer zweiten bevorzugten Ausführungsform gemäß Fig. 4.

Zwischen einem Gehäuse 3b (Fig. 3, 3a) und einem je­ weils an seinen beiden Enden befestigten Anschlußgehäuse 3a ist eine schlauchförmig ausgebildete bewegliche Trenn­ wand 3c eingespannt, die sich innenseits an einem ersten zylindrischen Stützrohr 3f und außenseits an einem zwei­ ten perforierten Stützrohr 3m anlegen kann. Beide Stütz­ rohre 3f bzw. 3m fungieren als Hubbegrenzer für die be­ wegliche Trennwand 3c. Das zylindrische Stützrohr 3f kann in seiner Mantelfläche geschlossen, es kann aber auch perforiert ausgeführt sein. Zwischen dem zweiten perfo­ rierten Stützrohr 3m und dem Gehäuse 3b befindet sich ein schmaler zweiter Raum 3i, welcher über Öffnungen 30 mit einem sich über den Umfang des Gehäuses 3b erstreckenden Verteiler-/Sammelkanal 3d verbunden ist. Letzterer ver­ fügt über einen Druckmittelanschluß 3e. Durch Anordnung von mehr als einem Verteiler-/Sammelkanal 3d über die Längsrichtung des Gehäuses 3b wird eine schnellere Ver­ teilung bzw. Sammlung des Druckmittels erreicht. Zwischen der beweglichen Trennwand 3c und dem zylindrischen Stütz­ rohr 3f, welches über Abstandshalter 3k konzentrisch zur beweglichen Trennwand 3c fixiert ist, befindet sich ein Verdrängungsraum 3g. Das zylindrische Stützrohr 3f be­ grenzt innenseits einen Kanal 3h, wobei der Verdrängungs­ raum 3g und der Kanal 3h, insbesondere bei einem perfo­ rierten zylindrischen Stützrohr 3f, zusammen den Perme­ atraum 3g, 3h zur Erzeugung des Rückspülimpulses bilden. Der Permeatraum 3g, 3h weist beiderseits über eine Ablauföffnung 3n im jeweiligen Anschlußgehäuse 3a eine Verbindung zur Umgebung des Impulsgebers 3 auf.

Wird über den Druckmittelanschluß 3e und den Verteiler-/Sammelkanal 3d Druckmittel D zugeführt, dann wird die bewegliche Trennwand 3c symmetrisch zur dargestellten Querachse der Anordnung in Richtung des als Hubbegrenzer fungierenden zylindrischen Stützrohres 3f ausgelenkt und kommt an diesem von der Mitte her zur Anlage, wobei das im Verdrängungsraum 3g befindliche Permeat nach beiden Seiten verdrängt wird. Das unmittelbar auf den Filterkör­ per 1a (vgl. z. B. Fig. 2a) hin gerichtete Impulsvolumen erzeugt vorzugsweise den in dieser Richtung gewünschten Rückspülimpuls. Für den Fall, daß das dem Filterkörper 1a abgewandte Ende des Impulsgebers 3 verschlossen ist, ge­ langt das in Richtung des Verschlusses aus dem Verdrän­ gungsraum 3g verdrängte Permeatvolumen über den Kanal 3h ebenfalls in Richtung des Filterkörpers 1a und trägt da­ mit zur Entstehung einer sich in der gewünschten Richtung fortpflanzenden Druckwelle bei. Bei geöffneter Permeat­ leitung 5 generieren die in ihren nachgeschalteten Ab­ schnitten vorhandenen trägen Permeatmassen eine Träg­ heitskraft, die ebenfalls auf den Filterkörper 1a hin ge­ richtet ist und einen Beitrag zur Ausbildung der in die­ ser Richtung gewünschten Druckwelle leistet.

Um den überwiegenden Anteil des im Verdrängungsraum 3g befindlichen Permeatvolumens als Impulsvolumen in Rich­ tung des Filterkörpers 1a zu nutzen, ist vorgesehen, daß die Verteiler-/Sammelkanäle 3d asymmetrisch versetzt zum Zentrum des Permeatraumes 3g, 3h in vom Filterkörper 1a abweisender Richtung angeordnet sind. Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, daß sich die bewegliche Trennwand 3c asymmetrisch auf dem zylindrischen Stützrohr 3f, und zwar zunächst auf dessen dem Filterkörper 1a abgewandten Ende, anlegt, so daß nunmehr bei ihrer am zylindrischen Stützrohr 3f in Richtung des Filterkörpers 1a fortschreitenden Anlage das Impulsvolumen überwiegend in Richtung zum Filterkörper 1a verdrängt wird. Falls das zylindrische Stützrohr 3f eine Perforierung aufweist, die in Richtung zum Filterkörper 1a abnimmt, wird ein ähnlicher Effekt erzielt, wie mit der asymmetrischen Anordnung des Verteiler-/Sammelkanals 3d.

Der Impulsgebers 3 (Fig. 4) unterscheidet sich von jenem gemäß Fig. 3 durch die Ausgestaltung des ersten Hubbe­ grenzers 3f, der hier als konisches Stützrohr 31 ausge­ führt ist, welches konzentrisch innerhalb der beweglichen Trennwand 3c angeordnet und über Abstandshalter 3k im Permeatraum 3g, 3h gehaltert ist und welches sich zum Filterkörper 1a hin verjüngt. Der eintretende Permeat­ strom ist mit P gekennzeichnet. Bei unperforiertem konischem Stützrohr 3f kommt die bewegliche Trennwand 3c zunächst an dessen durchmessergrößerem Ende zur Anlage und verdrängt nachfolgend, bei fortschreitender Anlage auf den durchmesserkleineren Bereichen, das im Verdräng­ ungsraum 3g befindliche Permeatvolumen, so daß eine bevorzugte Impulsausbreitung zum Filterkörper 1a hin forciert wird (s. auch Fig. 2c und 2d). Die Ausbildung eines perforierten konischen Stützrohres 31 begünstigt die Rückbildung der beweglichen Trennwand 3c, wobei in Richtung zum Filterkörper 1a hin abnehmende Durchtritts­ querschnitte der Perforierung die axiale Impulsaus­ breitung in der gewünschten Richtung unterstützen. Der Öffnungswinkel des konischen Stützrohres 31 sollte 15 Grad nicht überschreiten, da unterhalb dieses Winkels ein Anliegen der Strömung an der Wandung ohne Gefahr einer Ablösung gegeben ist.

Fig. 5 zeigt in einer ersten bevorzugten Anordnung die gesteuerte Zufuhr eines Druckmittels D (vorzugsweise Luft), welches zur Erzeugung des Rückspülimpulses erfor­ derlich ist. Eine Druckmittelleitung 15 mündet über den nicht dargestellten Verteiler-/Sammelkanal 3d (Fig. 4) in den Impulsgeber 3. Das Druckmittel D wird über eine Druckmittelquelle 18, ein erstes Druckreduzierventil 11 und eine Druckmittel-Zufuhrleitung 16 einem Belüftungs­ ventil 9 zugeführt, welches in die Druckmittelleitung 15 ausmündet. Mit dem ausgewählten Belüftungsventil 9 sind sehr kurze Öffnungszeiten realisierbar. Von der Druckmit­ tel-Zufuhrleitung 16 führt ein Abzweig zu einem ersten Puffergefäß 7, welches mit seinem Speichervolumen dafür sorgt, daß bei plötzlichem Druckmittelbedarf im Zuge der Erzeugung des Rückspülimpulses der Druck in den Leitungen 15 und 16 nicht zusammenbricht. Die Rückverformung der beweglichen Trennwand 3c im Impulsgeber 3 kann und muß langsam erfolgen, weil sonst permeatseitig eine Drucker­ niedrigung und eventuell beispielsweise eine Unterschrei­ tung des CO₂-Sättigungsdruckes eintreten kann. Die Ent­ spannung des Druckmittels D aus dem Impulsgeber 3 in die Umgebung U erfolgt über die Druckmittelleitung 15, ein Entlüftungsventil 10, über eine Druckmittel-Abfuhrleitung 17 und ein zweites Druckreduzierventil 12. Zur Dämpfung des Entspannungsvorganges ist ein zweites Puffergefäß 8 vorgesehen, in welches die Druckmittel-Abfuhrleitung 17 hinein- und nachfolgend auch wieder herausgeführt ist. Zur definierten Entspannung des Druckmittels D sind Steu­ eranordnungen bekannt, beispielsweise mit an sich bekann­ ten steuerbaren Drosselventilen mit einer dem jeweiligen Bedarfsfall angepaßten zeitabhängigen Volumenstrom-Cha­ rakteristik; die Steueranordnungen werden an dieser Stel­ le nicht im einzelnen dargestellt. Die Intensität des Rückspülimpulses ist wesentlich abhängig von dem in der Zeiteinheit in den Impulsgeber 3 eingebrachten Druckmit­ telvolumen. Dieses wiederum hängt entscheidend ab vom Druck des bereitgestellten Druckmittels, der Öffnungszeit bzw. der Ansteuerzeit und der Öffnungsgeschwindigkeit des Belüftungsventils 9.

Während bei der Anordnung gemäß Fig. 5 das Druckmittel D ständig über die Druckmittelquelle 18 ansteht, wird bei der Anordnung gemäß Fig. 6 in einem ersten Schritt das erste Puffergefäß 7 auf dem Weg über ein Magnetventil 14, einen ersten Abschnitt 16a einer Druckmittel-Zufuhrlei­ tung und ein Umschaltventil 13 auf relativ hohen Druck vorgespannt. In einem zweiten Schritt wird nach Umschal­ ten des Umschaltventils 13 ein Druckausgleich zwischen dem ersten Puffergefäß 7 und einem zweiten Abschnitt 16b der Druckmittel-Zufuhrleitung, der sich anschließenden Druckmittelleitung 15, dem Verteiler-/Sammelkanal 3d und dem mit diesem verbundenen zweiten Raum 3i, welcher durch die bewegliche Trennwand 3c begrenzt ist, vollzogen, wobei die Druckmittelquelle 18 über das Magnetventil 14 von der weiterführenden Anordnung abgetrennt wird. Nach dem Druckausgleich, der sich nahezu schlagartig vollzieht, stellt sich ein Ausgleichsdruck ein, unter dem sich die bewegliche Trennwand 3c gegen ihre Hubbegrenzung entsprechend verformt. Die Entspannung des Druckmittels erfolgt in gleicher Weise wie bei der Anordnung gemäß Fig. 5. Während dort ein Belüftungsventil 9 mit sehr kurzen Öffnungszeiten erforderlich ist, bedingt die Anordnung gemäß Fig. 6 ein Umschaltventil 13 mit entsprechend kurzen Umschaltzeiten.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 6 sind die realisierbaren Druck- und Volumenstromverhältnisse überschaubarer und definierbarer als bei der Anordnung gemäß Fig. 5. Dar­ über hinaus hat erstere den Vorteil, daß zur Erzeugung höherer Impulskräfte, die bei einem vorgegebenen Impuls­ volumen dann allein über die Beschleunigung erreicht wer­ den können, höhere Drücke gefahren werden können, ohne daß die bewegliche Trennwand 3c dadurch Schaden nimmt, weil das Speichervolumen des Puffergefäßes 7, das als Ex­ pansionsvolumen fungiert, in Abhängigkeit vom gewählten Vorspanndruck derart bemessen werden kann, daß der sich nach einem Druckausgleich einstellende Ausgleichsdruck gerade dem bei der Anordnung gemäß Fig. 5 fortwährend über die Druckmittelquelle 18 anstehenden Arbeitsdruck entspricht. Die Schockwirkung ist bei der Anordnung gemäß Fig. 6 jedoch höher, da die Beladung des Impulsgebers 3 mit Druckmittel D über die gesamte Beladungszeit in jeder Phase mit einem höheren Druckgradienten als bei der An­ ordnung gemäß Fig. 5 erfolgt.

Für die bewegliche Trennwand 3c kann jeder Werkstoff An­ wendung finden, der sich ohne nennenswerte bleibende Ver­ formung elastisch verformen und rückverformen läßt, der unter der in der Praxis auftretenden Anzahl von Schock­ wechsel die erforderliche Dauerfestigkeit aufweist und der selbst gegen aggressive Reinigungsmittel, wie bei­ spielsweise Aktivchlor, dauerhaft beständig ist (ver­ schiedene Kunststoffe, Metalle).

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Erzeugung extrem kurzer Rückspülim­ pulse in intervallmäßiger Abfolge auf das Permeat einer Querstrom-Mikrofiltration, umfassend einen Permeatraum (3g 3h), der über eine bewegliche Trenn­ wand (3c) von einem Druckmittelraum getrennt ist, wobei mit Hilfe des Druckmittels die bewegliche Trennwand schlagartig so bewegbar ist, daß ein bestimmter Anteil der im Permeatraum (3g, 3h) vorhan­ denen Flüssigkeit aus diesem verdrängt und dadurch ein plötzlicher Druckanstieg auf der Permeatseite (1d) des Filterkörpers (1a) erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Trennwand (3c) schlauchförmig ausgebildet ist, der Permeatraum (3g, 3h) von der Schlauchinnenseite begrenzt wird und innerhalb des Permeatraumes (3g, 3h) ein perforiertes Stützrohr (3f) als Hubbegrenzer angeordnet ist, an das die bewegliche Trennwand (3c) zur Anlage gebracht werden kann.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützrohr (3f) zylindrisch ausgebildet ist, welches konzentrisch innerhalb der beweglichen Trenn­ wand (3c) angeordnet und über Abstandshalter (3k) im Permeatraum (3g, 3h) gehaltert ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Stützrohr (3f) konisch ausgebildet ist, welches konzentrisch innerhalb der beweglichen Trenn­ wand (3c) angeordnet und über Abstandshalter (3k) im Permeatraum (3g, 3h) gehaltert ist und welches sich zum Filterkörper (1a) hin verjüngt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchtrittsquerschnitt der Perforierung in Richtung zum Filterkörper (1a) abnimmt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Trennwand (3c) senkrecht zur Trennwandfläche gesehen, auf ihrer dem Permeatraum (3g, 3h) abgewandten Seite von einem zweiten perforierten Hubbegrenzer bzw. Stützrohr (3m) begrenzt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Trennwand (3c), senkrecht zur Trennwandfläche gesehen, auf ihrer dem Permeatraum (3g, 3h) abgewandten Seite von einem Gehäuse (3b) umgeben ist, an welchem wenigstens ein Verteiler-/Sammelkanal (3d) mit einem Druckmittelan­ schluß (3e) ausgebildet ist, wobei der Kanal (3d) über mehrere über seine Länge verteilte Öffnungen (3o) durch das Gehäuse (3b) auf die bewegliche Trennwand (3c) hindurchgreift.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckmittelanschluß bzw. die Druckmittelan­ schlüsse (3e) asymmetrisch versetzt zum Zentrum des Permeatraumes (3g, 3h) in vom Filterkörper (1a) abwei­ sender Richtung angeordnet ist bzw. sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch die bewegliche Trenn­ wand (3c) vom Permeatraum (3g, 3h) getrennter zweiter Raum (3i) mit einer Druckmittelleitung (15) verbunden ist, die sich einerseits in eine Druckmittelzufuhr- Leitung (16) und andererseits in eine Druckmittel­ abfuhr-Leitung (17) verzweigt, wobei die Druckmittel­ zufuhr-Leitung (16) über ein Belüftungsventil (9) gesteuert wird und mit einem ersten Puffergefäß (7) verbunden ist, und die Druckmittelabfuhr-Leitung (17) über ein Entlüftungsventil (10) gesteuert wird und mit einem zweiten Puffergefäß (8) verbunden ist, und daß die Druckmittelzufuhr-Leitung (16) über ein erstes Druckreduzierventil (11) aus einer Druckmit­ telquelle (18) gespeist wird und die Druckmittelab­ fuhr-Leitung (17) über ein zweites Druckreduzier­ ventil (12) in die Umgebung (U) ausmündet.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein durch die bewegliche Trenn­ wand (3c) vom Permeatraum (3g, 3h) getrennter zweiter Raum (3i) mit einer Druckmittelleitung (15) verbunden ist, die sich einerseits in einen zweiten Abschnitt (16b) einer Druckmittelzufuhr-Leitung und anderer­ seits in eine Druckmittelabfuhr-Leitung (17) ver­ zweigt, wobei ein erstes Puffergefäß (7) über ein Umschaltventil (13) entweder mit dem zweiten Abschnitt (16b) oder mit einem ersten Abschnitt (16a) der Druckmittelzufuhr-Leitung verbindbar ist und die Druckmittelabfuhr-Leitung (17) über das Entlüftungsventil (10) gesteuert wird und mit dem zweiten Puffergefäß (8) verbunden ist, und daß der erste Abschnitt (16a) der Druckmittelzufuhr-Leitung über ein Magnetventil (14) aus einer Druckmittel­ quelle (18) gespeist wird und die Druckmittelabfuhr- Leitung (17) über ein zweites Druckreduzierventil (12) in die Umgebung (U) ausmündet.