DE602005003548T2

DE602005003548T2 - Abtrennung von festen partikeln aus den sie enthaltenden dispersionen

Info

Publication number: DE602005003548T2
Application number: DE602005003548T
Authority: DE
Inventors: Graham William
Original assignee: Dressel Pte Ltd
Current assignee: Dressel Pte Ltd
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2005-12-15
Publication date: 2008-08-14
Anticipated expiration: 2025-12-16
Also published as: IS2496B; EP1689516B1; SI1689516T1; US20080093296A1; RS50554B; DE602005003548D1; WO2006069405A1; CN100566801C; BRPI0519187A2; EP1689516A1; PT1689516E; EA200701375A1; CA2592265A1; AP2007004038A0; JO2514B1; HK1093458A1; ZA200705813B; ES2297768T3; MEP30908A; AU2005318950A1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft die Feststoffabscheidung aus einer Flüssigkeit mit darin dispergierten Feststoffteilchen.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Zum Aussondern feiner Feststoffteilchen im Größenbereich von ein paar Mikron aus Wasser (oder jedweder anderen Flüssigkeit) werden üblicherweise halbdurchlässige Materialien verwendet. Dabei sind die verwendeten Materialien für Wassermoleküle durchlässig, andererseits jedoch klein genug, um den Durchtritt von Feststoffteilchen zu verhindern. In Abhängigkeit von ihrer Porengröße vollziehen die Materialien dabei eine Mikro- oder Ultrafiltration.
Herkömmlicherweise umfasst ein Filter auf der Grundlage eines derartigen Materials ein längliches Kernrohr mit daran vorgesehenen Lochreihen. Längliche Blätter aus einem halbdurchlässigen Material, die an einer Seite offen sind, ansonsten aber die Form geschlossener Taschen haben, sind am Rohr befestigt, wobei ihre offenen Ränder mit den Lochreihen in Verbindung stehen. Zwischen den Taschen und in den Taschen sind gitterartige Abstandselemente vorgesehen. Die geschlossenen Taschen sind eng um das Rohr herum gewickelt, und die umwickelte Einheit wird dann in ein längliches Außengehäuse eingeschoben.
Fließt Wasser mit darin mitgeführten Feststoffteilchen in das Gehäuse, dann tritt es in zwischen den Blättern abgegrenzten Feststoffrückhaltepassagen ein, wobei sich die Abstandselemente zwischen den Taschen in den Feststoffrückhaltepassagen befinden. Dabei gelangt dann das Wasser, nicht aber die Feststoffe, über das halbdurchlässige Material in die Taschen hinein und fließt von dort aus über die offenen Ränder der Taschen und die Lochreihen zum Rohr.
Nach einer gewissen Benutzungsdauer verstopft der Filter oder zumindest verringert sich die Durchflussrate in einem solchen Maße, dass eine Reinigung des Filters erforderlich wird. Dies erfolgt durch Öffnen eines Ventils, das einen Abwasserablauf aus dem Gehäuse regelt, sowie durch Einleitung von unter Druck stehendem Spülwasser in das Gehäuse, um das im Gehäuse vorhandene Wasser, und die Feststoffteilchen, über den Abwasserablauf auszutreiben.
In der EP-A-1022052 , der WO 03/031342 und der JP 09 313899 A (Patent Abstracts of Japan, 1998, Nr. 04, 31. März 1998) sind jeweils Verfahren zum Durchspülen von Filtereinheiten der beschriebenen Art beschrieben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zum Betrieb einer Filtereinheit und eine verbesserte Filteranlage bereitzustellen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betrieb einer senkrechten Filtereinheit angegeben, die eine Membran aufweist, welche ein Permeatrohr und wasserdurchlässige Blätter enthält, durch die Wasser hindurch an das Permeatrohr verläuft, wobei das Verfahren das Zuführen von Rohwasser an das untere Ende der Einheit, das Ausleiten von Permeatwasser aus dem unteren Ende der Einheit, und das Aufrechterhalten eines Überdrucks im oberen Ende der Einheit durch Daueranschluss an einen Druckgasvorrat umfasst.
Aus Kostengründen ist das Gas im Normalfall Luft, es könnten jedoch auch andere Gase verwendet werden.
Zum Reinigen der Membran umfasst das Betriebsverfahren das Unterbrechen des Rohwasserflusses, das Öffnen einer Abwasserleitung, die mit dem unteren Ende der Einheit verbunden ist, und das Auslösen eines Spülwasserstroms an das obere Ende der Einheit, unter Beibehaltung der Gaszufuhr an das obere Ende der Einheit, so dass Wasser, Gas und Feststoffteilchen über die Abwasserleitung aus der Einheit ausfließen.
Der Druck kann während des Spülens der Filtereinheit auf einem konstanten Wert gehalten werden oder pulsieren.
Die vorliegende Erfindung stellt auch eine Anlage zur Verfügung, die eine senkrechte Filtereinheit mit einer Membran umfasst, welche ein senkrechtes Permeatrohr und wasserdurchlässige Blätter umfasst, über die Wasser an das Permeatrohr verläuft, einen Einlass am unteren Ende der Einheit für Rohwasser, einen Auslass am unteren Ende der Einheit für Permeat, ein Ventilmittel zum Sperren der Rohwasserzufuhr, einen Einlass am oberen Ende der Einheit, einen Druckgasvorrat, der dauerhaft an den Einlass am oberen Ende der Einheit angeschlossen ist, während die Einheit in ihrem Betrieb Flüssigkeit von den darin mitgeführten Feststoffen trennt, eine Spülwasservorlaufleitung, die zum Einlass am oberen Ende der Einheit führt, ein Ventilmittel zum Schließen der Spülwasservorlaufleitung im Normalfall, das geöffnet werden kann, um die Spülwasservorlaufleitung mit einer Quelle von unter Druck stehendem Spülwasser zu verbinden, wenn eine Reinigung durchgeführt werden soll, und einen Abwasserauslass am unteren Ende der Einheit, über den Spülwasser und Feststoffteilchen aus der Einheit austreten.
Die Filtereinheit in der Anlage kann aus einer Membran bestehen, die ein Permeatrohr und wasserdurchlässige Blätter umfasst, über die Wasser an das Permeatrohr verläuft, wobei die Membran an jedem ihrer Enden mit einer Verschlusskappe versehen ist, und ein Gehäuse aufweist, das in situ durch Umwickeln der Membran und Kappen mit harzbeschichteten Fasern gebildet wird.
Die Fasern liegen vorzugsweise in Form von Glasfasern vor, es können aber auch andere Fasern wie Kohlenstofffasern und Kevlarfasern verwendet werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung und zur Erläuterung der praktischen Umsetzung dieser wird nunmehr beispielhaft auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen. Es zeigen:
1 eine Schnittansicht durch eine Filtereinheit gemäß vorliegender Erfindung;
2 eine Explosionszeichnung der Filtereinheit von 1;
3 und 4 bildliche Darstellungen gegenüberliegender Seiten einer Filteranlage;
5 und 6 Seitenansichten gegenüberliegender Seiten der Filteranlage;
7 eine Ansicht von oben auf die Filteranlage;
8 und 9 Ansichten der gegenüberliegenden Enden der Filteranlage; und
10 ein Schaltbild der Filteranlage.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die in den 1 und 2 dargestellte Filteranlage umfasst ein längliches, senkrechtes, perforiertes Kernrohr 12, das mit länglichen Blättern 14 (2) umwickelt ist. Dabei hat jedes Blatt 14 die Form einer geschlossenen Tasche und wird unter Verwendung von halbdurchlässigem Material hergestellt, das für Wasser, aber nicht für Feststoffteilchen durchlässig ist. Dabei ist jede Tasche an ihrem inneren Rand offen und dieser Rand ist am Rohr 12 befestigt. Die Taschen sind über eine Vielzahl von Perforationen im Rohr 12 mit dem In neren des Rohrs 12 verbunden. Das Rohr 12 und die Blätter 14 haben einen herkömmlichen Aufbau. Entsprechend der gängigen Fachterminologie auf diesem Gebiet wird der Aufbau mit dem Rohr (mit der Bezugszahl 12) und den wasserdurchlässigen Blättern (mit der Bezugszahl 14) als „Membran" bezeichnet. Diese Membran trägt die Bezugszahl 16.
Die in 1 dargestellte Filtereinheit weist des Weiteren an ihrem unteren Ende eine Verschlusskappe 18 auf. Die Verschlusskappe 18 hat eine mittlere Fassung 20 zur Aufnahme einer Rohrleitung 22. Die Rohrleitung 22 verläuft in das Rohr 12 hinein und verbindet die Verschlusskappe 18 mit dem Rohr 12. Eine Auslassbohrung 24 in der Verschlusskappe 18 ist mit dem Inneren der Rohrleitung 22 und somit auch mit dem Inneren des Rohrs 12 verbunden und ermöglicht ein Ausfließen von Permeat, das in das Rohr 12 eingeflossen ist, aus der Filtereinheit 10. Die Rohrleitung 22 verbindet die Verschlusskappe 18 vorübergehend mit der Membran 16.
Die Verschlusskappe 18 weist zusätzlich zwei weitere Bohrungen 26, 28 auf. Dabei ist die Bohrung 26 die Rohwasserzuleitung und die Bohrung 28 ist der Spülwasserausleitung. Über diese Bohrung 28 werden die Feststoffteilchen während des Reinigungsvorgangs aus dem Gehäuse getrieben, wie es nachstehend beschrieben ist. Falls gewünscht können mehr als eine Bohrung 26 und mehr als eine Bohrung 28 vorhanden sein.
Am oberen Ende der Filtereinheit 10 befindet sich eine weitere Verschlusskappe 30. Die Verschlusskappe 30 weist eine durchgehende axiale Bohrung 32 auf, an der ein (in den 1 und 2 nicht dargestellter) Druckluftvorrat angeschlossen ist. Zwischen der Verschlusskappe 30 und der Membran 16 ist ein Raum 34 vorhanden. Das obere Ende des Kernrohrs 12 ist mit einem Stöpsel 36 verschlossen.
Zur Herstellung der Filtereinheit 10 werden an der Membran 16 die zwei Verschlusskappen 18, 30 aufgesetzt und der zusammengesetzte Aufbau wird an einem (nicht dargestellten) drehbaren Dorn angebracht. Der Dorn umfasst zwei koaxial verlaufende, axial voneinander beabstandete Wellen, die in die Bohrungen 24 und 32 hinein verlaufen, um dadurch die Verschlusskappen 18, 20 und die Membran 16 drehbar zu lagern.
Die Verschlusskappe 30 weist eine Hülse 38 auf, in der das Ende der Membran 16 eingepasst ist, wodurch die erforderliche vorübergehende Verbindung zwischen der Kappe 30 und der Membran 16 bewirkt wird. Der Dorn wird gedreht und es wird durch Umwicklung der Membran 16 und der Verschlusskappen 18, 30 mit harzbeschichteten Glas- oder anderen Fasersträngen ein Gehäuse 40 hergestellt. Das Gehäuse 40 verbindet die Membran 16 mit den Verschlusskappen 18, 30, wodurch eine integrierte Einheit entsteht, bei der kein Raum zwischen der äußeren Oberfläche der Membran 16 und der inneren Oberfläche des Gehäuses 40 vorhanden ist.
Es wird nunmehr auf die 3 bis 10 Bezug genommen, die eine Filteranlage zeigen, welche einen Grundrahmen 42 umfasst, an dem alle übrigen Teile der Anlage angebracht sind.
Es sind vier Filtereinheiten 10.1, 10.2, 10.3 und 10.4 der oben beschriebenen Form am Rahmen 42 angebracht. An den Einlassbohrungen 32 der vier Filtereinheiten sind Rohre 44 angeschlossen. Jedes Rohr 44 führt zu einem Ventil 46 (10), das den Strom von einer Luftzufuhr 48 regelt.
Das zu klärende Wasser tritt über einen Einlass 50 ein und fließt über ein Ventil 52 an ein Rohr 54, das zur Sogseite einer Pumpe 56 führt. Die Druckseite der Pumpe ist an ein Sammelrohr 58 angeschlossen. Es sind auch ein zweiter Einlass 60 für Spülwasser und ein Ventil 62 zwischen dem Einlass 60 und dem Rohr 54 vorhanden.
Das Sammelrohr 58 ist über vier Abzweigrohre 64 mit den Bohrungen 26 der Einheiten 10.1, 10.2 etc. verbunden. Somit fließt das Rohwasser in die Feststoffrückhaltepassagen der Membranen 16. Jede Bohrung 24 ist an ein Auslassrohr 66 angeschlossen und die Rohre 66 führen zu einem Permeatauslass-Sammelrohr 68. Die andere Bohrung 28 einer jeden Verschlusskappe 18 ist mit einem Rohr 70 verbunden, und die Rohre 70 wiederum führen zu einem Sammelrohr 72. Es sind Ventile 74 in den Rohren 70, Ventile 76 in den Rohren 66 und Ventile 78 in den Rohren 64 vorhanden.
Ein Rohr 80 verbindet das Sammelrohr 58 mit Abzweigrohren 82, die zu den Einlassbohrungen 32 an den oberen Enden der Einheiten 10.1, 10.2 etc. führen. In den Abzweigrohren 82 sind im Normalfall geschlossene Ventile 84 vorhanden. Die Rohre 82 sind mit den Rohren 44 verbunden, so dass die Bohrungen 32 zum Zwecke der Durchspülung gleichzeitig an die mit 48 bezeichnete Druck luftversorgung und den Reinwasservorrat 60 angeschlossen werden können.
Im Normalbetrieb wird das Rohwasser mit darin enthaltenen Feststoffteilchen von der Pumpe 56 in das Sammelrohr 58, dann in die Rohre 64, durch die Bohrungen 26 hindurch und in die Membranen 16 gepumpt. Das Wasser, das in die Membranen 16 fließt, durchdringt die Blätter 14 und tritt über die Rohre 12, die Rohrleitungen 22 und die Bohrungen 24 aus. Von den Bohrungen 24 aus fließt das Wasser an die Rohre 66 und von dort über die Ventile 76 an das Sammelrohr 68.
Die oberen Enden der Einheiten 10.1, 10.2 etc. sind dauerhaft an die Druckluftversorgung 48 angeschlossen, um dadurch einen Überdruck aufrechtzuerhalten. Der Druck des an die Bohrungen 26 zugeführten Rohwassers reicht aus, um den Luftdruck derart auszugleichen, dass das Wasser die Gehäuse 40 im Wesentlichen bis oben hin füllt, während ein Luftraum über dem Wasser bleibt.
Wenn die Filtereinheiten verstopfen, wird das Ventil 52 geschlossen und das Ventil 62 wird geöffnet. Gleichzeitig werden die Ventile 74 und 84 geöffnet und die Ventile 76, 78 geschlossen. Die Ventile 74, 84 sind im Normalbetrieb geschlossen und die Ventile 76, 78 sind normalerweise offen. Spülwasser fließt aus der Pumpe 56 an das Sammelrohr 58 und dann an das Rohr 80. Vom Rohr 80 fließt das Spülwasser dann zusammen mit der eintretenden Luft durch die Rohre 82 an die Bohrungen 32, wobei die eintretende Luft unmittelbar nach dem Schließen der Ventile 78 durch die Einheiten zu strömen beginnen konnte, um Wasserdruck in den unteren Enden der Membranen abzubauen.
Die Luft und das Spülwasser fließen durch die Feststoffrückhaltepassagen der Membranen, über die Bohrungen 28 an die Rohre 70 und dann an das Sammelrohr 72, wobei sie die herausgefilterten Teilchen mit sich führen.
Druckluft wird ständig an das obere Ende jeder Filtereinheit zugeführt. Während des Spülens kann der Luftdruck auf einem konstanten Wert gehalten oder aber auch zum Pulsieren gebracht werden.

Claims

Verfahren zum Betrieb einer stehenden Filtereinheit (10) mit einer Membran (16), die ein Permeatrohr (12) und wasserdurchlässige Blätter (14) umfasst, durch die hindurch Wasser an das Permeatrohr (12) verläuft, wobei das Verfahren das Zuführen von Speisewasser im Rohzustand an das untere Ende der Einheit (10) und das Extrahieren von Permeatwasser aus dem unteren Ende der Einheit umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass im oberen Ende der Einheit (10) mittels einer Dauerverbindung zu einem Vorrat (48) von Druckgas ein Druck über atmosphärischem Druck aufrechterhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reinigung der Membran (16) das Betriebsverfahren folgende Schritte umfasst: Unterbrechen des Zuflusses von Speisewasser im Rohzustand, Öffnen einer Abwasserleitung (66), die an das untere Ende der Einheit angeschlossen ist, und Anlegen eines Spülwasserstroms an das obere Ende der Einheit unter Beibehaltung der Gaszufuhr an das obere Ende der Einheit, so dass Wasser, Gas und Feststoffteilchen über die Abwasserleitung aus der Einheit ausfließen.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck des Gasvorrats während des Spülvorgangs pulsiert.
Anlage, die folgendes umfasst: eine Filtereinheit (10) mit einer Membran (16), die ein senkrechtes Permeatrohr (12) und wasserdurchlässige Blätter (14) umfasst, durch die hindurch Wasser an das Permeatrohr verläuft, einen Einlass (26) am unteren Ende der Einheit für Speisewasser im Rohzustand, einen Auslass (24) am unteren Ende der Einheit für Permeat, ein Ventilmittel (78) zum Absperren der Rohwasserzufuhr (64), einen Einlass (32) am oberen Ende der Einheit, einen Druckgasvorrat (48), der dauerhaft an den Einlass (32) am oberen Ende der Einheit angeschlossen ist, während die Einheit in ihrem Betrieb Flüssigkeit von den darin mitgeführten Feststoffen trennt, eine Spülwasservorlaufleitung (82), die zum Einlass (32) am oberen Ende der Einheit führt, ein Ventilmittel (84) zum Schließen der Spülwasservorlaufleitung im Normalfall, das geöffnet werden kann, um zu Reinigungszwecken die Spülwasservorlaufleitung mit einer Quelle von unter Druck stehendem Spülwasser zu verbinden, und einen Abwasserauslass (28) am unteren Ende der Einheit, über den Spülwasser und Feststoffteilchen aus der Einheit austreten.
Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinheit eine Membran (16) mit einem Permeatrohr (12) und wasserdurchlässigen Blättern (14) umfasst, durch die hindurch Wasser an das Permeatrohr verläuft, wobei die Membran an jedem ihrer Enden mit einer Verschlusskappe (18, 30) versehen ist und ein Gehäuse (40) aufweist, das in situ durch Umwickeln der Membran und Kappen mit harzbeschichteten Fasern gebildet wird.