DE69230766T2

DE69230766T2 - Konzentration von feststoffen in einer aufschlammung unter anwendung von kohlfasermembranen

Info

Publication number: DE69230766T2
Application number: DE69230766T
Authority: DE
Inventors: Michel Darzi; Dracup Doig; Clinton Kopp; John Streeton
Original assignee: USF Filtration Ltd
Current assignee: Siemens Water Technologies Holding Corp
Priority date: 1991-08-07
Filing date: 1992-08-07
Publication date: 2000-08-31
Anticipated expiration: 2012-08-08
Also published as: JP3302992B2; US5643455A; WO1993002779A1; EP0641246A4; DE69230766D1; AU2422092A; EP0641246A1; AU671803B2; CA2114228C; CA2114228A1; JPH06509501A; ES2145010T3; EP0641246B1

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft die Konzentrierung von Feststoffen in einer Suspension unter Benutzung einer Hohlfasermembran und in besonderer Form Verfahren und Vorrichtungen zur periodischen Reinigung durch Rückspülung der Hohlfasermembranen.

Stand der Technik

Bekannte Methoden zur Konzentrierung von Feststoffen in einer flüssigen Suspension sind beschrieben in WO-A- 85/01449 und in den australischen Patentschriften 576, 424 und 582,968. In diesem Stand der Technik erfolgt die Konzentrierung durch ein Filterelement, das ein Bündel poröser, polymerer Hohlfasern in einer geschlossenen Patrone oder Schale aufweist. Eine Polyurethan- Vergussmasse dient dazu, die Enden der Fasern in ihrer Lage innerhalb der Patrone zu halten, ohne dass die Lumina der Fasern blockiert werden, und jedes Ende der Patrone abzuschließen.
Die an der Membran liegende Druckdifferenz, die im Stand der Technik zur Konzentrierung der Feststoffe nötig ist, wird durch unter Druck setzen des Einsatzmaterials erreicht, was den Einsatz von Pumpen oder anderen Hilfseinrichtungen und natürlich einer geschlossenen Filterpatrone erfordert.
Das Rückspülen dieser bekannten Konzentriervorrichtungen beinhaltet die Erhöhung des Druckes auf beiden Seiten der Hohlfasern innerhalb der geschlossenen Schale bis auf einen relativ hohen Wert, bevor man plötzlich diesen Druck auf der Schalenseite der Faserwandungen entspannt, um eine plötzliche Druckdifferenz an den Wandungen zu bewirken, die eine Rückspülwirkung verursacht.

Beschreibung der Erfindung

Eine Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer verbesserten Methode der Benutzung eines Rückstroms, um durch Filterelemente festgehaltene Feststoffe zu entfernen, um eine schnelle Entfernung dieser festgehaltenen Feststoffe sicherzustellen, und bei der die Abtrennung und Entfernung über lange Zeitperioden wiederholt werden kann.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist bei wenigstens einigen Ausführungsformen die Schaffung eines Verfahrens zum Rückspülen eines Hohlfaserfilters, das einige Merkmale des Standes der Technik beibehält, insbesondere die Benutzung eines Gases von zunächst geringerem Druck, um die Lumina von Flüssigkeit frei zu spülen, bevor ein Gas von höherem Druck zur Anwendung kommt, um die Membran rückzuspülen, jedoch ohne die Notwendigkeit, den. Behälter vor der plötzlichen Entspannung des eingeschlossenen höheren Druckes abzuschließen. Diese Verbesserung erlaubt ein einfacheres System, das weniger wiederholten hydraulischen Stößen unterworfen ist, und in einigen Ausführungsformen den Einsatz eines offenen Behälters bei Filtration mit einem abgesenkten Druck.
Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren geschaffen zum Konzentrieren von Feststoffen einer flüssigen Suspension in einem Behälter, bei dem man
(i) die flüssige Suspension in einem Behälter der äußeren Oberfläche elastischer, mikroporöser, hohler Fasern oder rohrförmiger Filterelemente zuführt, während man zur Bewirkung einer Druckfiltration Druck auf die flüssige Suspension ausübt oder zur Bewirkung einer Vakuumfiltration Unterdruck an die Lumina der Hohlfasern anlegt, um so eine Filtration durch die Membranwandungen einzuleiten und aufrecht zu erhalten, wobei
(a) ein Teil der flüssigen Suspension die Wandungen der Fasern passiert, um aus den Lumina der Hohlfasern als geklärte Flüssigkeit oder Filtrat abgezogen zu werden, und
(b) wenigstens ein Teil der Feststoffe auf oder in den Hohlfasern oder in anderer Weise als suspendierte Feststoffe in der die rohrförmigen Filterelemente umgebenden Flüssigkeit des Behälters zurückgehalten wird,
(ii) die zurückgehaltenen Feststoffe nach Öffnen des Behälters zum Atmosphärendruck durch die Zuführung eines Entfernungsmediums durch die Lumina von den Fasern entfernt, wobei diese Zuführung zuerst so erfolgt, dass Flüssigkeit innerhalb der Hohlfaserlumina mit Gas unter einem Druck unterhalb des Blasenpunktes der Poren der Fasern durch die Hohlfasermembran verschoben wird, und anschließend den Hohlfaserluminas Gas unter einem wesentlich über dem Blasenpunkt der Poren liegenden Druck zugeführt wird, das in den Membranporen zurückgehaltene Flüssigkeit nach außen treibt und dem Gas in den Lumina erlaubt, der Flüssigkeit durch die Faserwandungen zu folgen, um sogar an der von dem Lumeneingang entferntesten Stelle eine wirksame Reinigung und Spülung zu schaffen und so die natürliche Neigung einer nur rücklaufenden Flüssigkeit zur bevorzugten Auswaschung der Poren in der Nähe des Lumeneingangs zu reduzieren.
Die Anwendung des unter Druck gesetzten Gases erfolgt zunächst so, dass Flüssigkeit innerhalb des Hohlfaserlumens mit Gas unter einem Druck unterhalb des Blasenpunkts der Faserporen durch die Fasermembran verdrängt wird. Die anschließende Gaszuführung zu den Hohlfaserlumina unter einem wesentlich höheren Druck als dem Blasenpunkt der Poren treibt die in dem Membranporen zurückgehaltene. Flüssigkeit nach außen und erlaubt dem Gas in den Lumina, der Flüssigkeit durch die Faserwandungen zu folgen, um so eine wirksame Reinigung und Spülung selbst an der entferntesten Stelle von dem Lumeneingang zu schaffen und so die natürliche Neigung in einer nur rücklaufenden Flüssigkeit zur bevorzugten Auswaschung der Poren in der Nähe des Lumeneingangs zu reduzieren.
Vorzugsweise erfolgt das Verfahren der Erfindung als kontinuierlicher Prozess unter Benutzung eines wiederholten Zyklus aus Feststoffansammlung und Feststoffaustragung. Es ist zu bemerken, dass bei Benutzung von komprimiertem Gas zur Umkehrung der Flüssigkeitsströmung durch die Faserwandungen wie oben bei einer idealen Hohlfaser beschrieben, das komprimierte Gas der Flüssigkeit durch alle Poren folgen sollte, dass jedoch in Wirklichkeit einige der Poren kleiner sind und der Flüssigkeitsverdrängung in ihnen durch das expandierende Gas erfolgreich widerstehen.
Die Anwendung von filterseitigem Vakuum oder behälterseitigem Druck zur Wiederaufnahme der Strömung der Beschickungssuspension durch die Fasern nach der Feststoff-Austragsstufe kann genügend lange verzögert werden, um den expandierten Poren zu erlauben, wieder ihre Ausgangsgröße anzunehmen, so dass übergroße Teilchen aus der Beschickungssuspension nicht in die Poren eintreten oder durch die Poren hindurchtreten können, während sie vergrößert bleiben.
Nach einem anderen Aspekt der Erfindung wird ein Konzentrator geschaffen zur Gewinnung feiner Feststoffe aus einer flüssigen Beschickungssuspension mit
(i) einem Behälter, der Atmosphärendruck ausgesetzt werden kann und dem die flüssige Beschickungssuspension unter Druck oder unter Atmosphärendruck zugeführt werden kann,
(ii) mehreren elastischen, hohlen, mikroporösen Polymerfasern in dem Behälter, die zu wenigstens einem Bündel zusammengebaut sind,
(ii) Einrichtungen zur Anlegung eines Unterdrucks an die Lumina der Hohlfasern oder eines Drucks an den Behälter,
(iv) Einrichtungen zum Abziehen geklärter Flüssigkeit aus den Faserlumina, und
(v) Einrichtungen zum Anlegen eines Gasdrucks in zwei Druckstufen in Folge an die Flüssigkeit in den Faserlumina und den Wandungen, während der Behälter Atmosphärendruck ausgesetzt ist, um erstens eine Entfernung der Flüssigkeit aus den Lumina durch die Faserwandungen und zweitens eine Membrandurchreinigung der Fasern zu bewirken, wobei der von dem Gas auf die Flüssigkeit ausgeübte höhere (zweite) Druck ausreicht, um im wesentlichen alle Poren der Fasern zu strecken, und der höhere Gasdruck aus ausreicht, dass das Gas Flüssigkeit verdrängt und ihr durch die größeren Faserporen folgt, um darin zurückgehaltene Feststoffe zu entfernen, und dass das austretende Gas die Außenwandungen der Fasern reinigt und die entfernten Feststoffe in die in dem Behälter befindliche Flüssigkeitsmasse befördert.
Der Konzentrator kann auch Einrichtungen zum vorübergehenden Umsetzen der Flüssigkeitsinhalte des Behälters in einen separaten Aufnahmebehälter während der Rückspülvorgänge umfassen.
Der Konzentrator kann ferner Einrichtungen zum Anheben der Mehrzahl der elastischen hohlen, mikroporösen Polymerfasern während der Rückspülvorgänge über die Flüssigkeit in dem Behälter umfassen.
Bei anderen Formen der Erfindung kann die Gasrückspülung wenigstens teilweise ausgeführt werden, während die Fasern vorübergehend nicht in die flüssige Beschickungssuspension eingetaucht sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Es zeigen
Fig. 1A eine, schematische Schnittansicht einer mikroporösen Filterpatrone in einem Querstrombetrieb nach dem Stand der Technik;
Fig. 1B eine schematische Schnittansicht einer mikroporösen Filterpatrone, die nach dem Stand der Technik mit einem toten Ende betrieben wird;
Fig. 1C eine graphische Darstellung des Flusses gegen die Zeit für eine Filterpatrone, die gemäß der bekannten Arbeitsweise betrieben wird;
Fig. 1D eine graphische Darstellung des Membrandurchgangsdrückes gegen die Zeit für eine Filterpatrone, die nach den bekannten Arbeitsweisen betrieben wird;
Fig. 2 eine schematische Ansicht der Stufen der bekannten Rückspülverfahren für druckbeaufschlagte Filterpatronen mit geschlossener Schale;
Figur. 3 ein Schemadiagramm eines Konzentrators unter Benutzung einer durch abgesenkten Druck betriebenen Filtration und eines Gasdruck-Rückspülsystems nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 4 ein schematisches Diagramm einer Modifizierung des in Fig. 3 gezeigten Systems zur Bewegung des Hohlfaser-Filteraggregats während einer Rückspülung;
Fig. 5 ein schematisches Diagramm einer Modifizierung des in Fig. 3 gezeigten Systems mit einer bewegten Paddeleinrichtung zur Rührung des Inhalts des Konzentrierungstanks während einer Rückspülung;
Fig. 6 ein schematisches Diagramm des in Fig. 3 gezeigten Konzentrators mit einem zusätzlichen System, das die Entleerung des Konzentratortankinhalts während einer Rückspülung erlaubt;
Fig. 7 ein schematisches Diagramm des in Fig. 3 gezeigten Konzentrators mit einem zusätzlichen System, das es erlaubt, das Aggregat des Hohlfaserfilters während einer Rückspülung aus der Flüssigkeit zu heben;
Fig. 8 ein schematisches Diagramm einer modifizierten Form des in Fig. 5 gezeigten Konzentrators, und
Fig. 9 ein schematisches Diagramm einer modifizierten Form des in Figur8 gezeigten Konzentrators.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1A und 1B wird eine bekannte Konstruktion einer Filterpatrone 10 erläutert, die in zwei Betriebsweisen betrieben werden kann, die nach Fig. 1A als Betriebsweise mit "Durchlauf" und nach Fig. 1B als Betriebsweise mit "totem Ende" bezeichnet sind. Die Patrone 10 der Fig. 1B ist identisch in der Konstruktion mit der Patrone 10 der Fig. 1A. Daher ist nur eine Hälfte des symmetrischen Schnitts der Patrone 10 in Bezug auf die Betriebsweise mit totem Ende in Fig. 1B gezeigt.
Die Konstruktion der Filterpatrone 10 ist im wesentlichen symmetrisch zu ihrer Längsachse 11 und umfasst eine äußere Schale 12, die ein Faserbündel 13 umschließt.
Die Enden der Lumina der Fasern des Faserbündels 13 sind in Strömungsmittelverbindung mit der Eintritts-/Austrittsleitung 14, 15, die an den entgegengesetzten Enden 16, 17 der Patrone 10 angeordnet sind.
Die Eintritts-/Austrittsöffnungen 18, 19 der Schale sind an den betreffenden Enden 16, 17 der Schale 12 angeordnet. Die Öffnungen 18 und 19 sind in Strömungsmittelverbindung mit dem inneren der Schale und somit mit den Außenflächen der Wandungen der Fasern des Faserbündels 13.
In diesem Beispiel besteht jede Faser des Faserbündels 13 aus Polypropylen mit einer mittleren Porengröße von 0,2 um, einer Wanddicke von 200 um und einem Lumendurchmesser von 200 um. In dem Bündel 13 gibt es 3000 Hohlfasern, jedoch sind diese Zahl sowie die individuellen Faserdimensionen gemäß den betrieblichen Anforderungen variierbar.
Die Filterpatrone 10 der Fig. 1A wirkt als ein mikroporöses Filter im Durchflußbetrieb, wenn die Beschickung in die Öffnung 18 eingeführt wird, wobei die Beschickung mit den Außenflächen der Fasern des Bündels 13 in Kontakt kommt. Die Wandungen der Fasern sind mikroporös und erlauben daher einen Durchfluß von partikelfreier Beschickungsflüssigkeit durch die Wandungen in die Faserlumina als Filtrat, das von einer oder beiden Öffnungen 14, 15 abgezogen wird. Überschüssige Beschickung wird durch die Öffnung 19 abgezogen.
Der Betrieb der Patrone 10 in Fig. 1B in der Betriebsweise mit totem Ende ist ähnlich der wie zuvor mit Bezug auf Fig. 1A beschrieben mit der Ausnahme, dass die Öffnung 19 geschlossen gehalten wird (oder überhaupt nicht existiert). Daher bleibt die Beschickung, die durch Öffnung 18 eintritt, innerhalb der Schale 12 mit Ausnahme des Teils, der durch die Faserwandungen des Bündels 13 als Filtrat hindurchtritt, um durch eine oder beide Öffnungen 14, 15 entfernt zu werden.
Die folgende Beschreibung bezieht sich auf die Betriebsweise mit totem Ende der Fig. 1B. Die gleichen Prinzipien und Gesamteigenschaften treffen jedoch auch bei Ausführungsformen, der Erfindung zu, wenn die Patrone im Durchflußbetrieb der Fig. 1A betrieben wird.
Um die Patrone 10 als ein Filter zu betreiben, ist es nötig, dass an den Faserwandungen eine Druckdifferenz liegt, so dass die auf der Außenseite der Faserwandungen anstehende Beschickung veranlaßt wird, die Wandungen zu passieren und in die Faserlumina einzutreten.
Diese Druckdifferenz kann in einer "positiven" Weise erzeugt werden, indem man die Beschickung mittels einer Pumpe oder dergl. an der Außenfläche der Wandungen der Faser unter Druck setzt.
In anderer Weise kann die Druckdifferenz an den Wandungen in einer "negativen" Art und Weise erzeugt werden, indem man das Aggregat einer ersten Beaufschlagung unterzieht, so dass die Flüssigkeit auf der Außenseite der Faserwandungen und auch innerhalb der Lumina vorliegt, und anschließend die Flüssigkeit aus den Lumina aktiv abpumpt. Diese Betriebsweise wird nachfolgend als durch "erniedrigten" Druck induzierte Filtrierung bezeichnet, bei der eine Vakuumpumpe oder dergl. benutzt wird, um Flüssigkeit aus den Faserlumina aktiv abzuziehen, wodurch die erforderliche Druckdifferenz an den Wandungen der Fasern geschaffen wird, damit die Beschickung die Faserwandungen von der Schalenseite zu der Lumenseite passieren kann.
Die Methode mit "positiver Zuführung" und mit "induziertem erniedrigtem Druck" zur Schaffung der Druckdifferenz an den Faserwandungen wird nachfolgend an Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
Wenn die Patrone 10 als ein Filter betrieben wird, setzen sich die Feststoffe in der Suspension der Beschickung, die in die Schale 12 eintritt, in und auf der Oberfläche der Wandungen der das Bündel 13 bildenden Fasern fest. Die Menge der festsitzenden Feststoffe nimmt mit der Betriebszeit zu, wobei eine Konsequenz darin besteht, dass bei einem gegebenen Beschickungsdruck an der Öffnung 18 die Strömungsgeschwindigkeit oder der Fluß des Filtrats durch die Wandungen der das Bündel 13 bildenden Fasern im Laufe der Betriebszeit abnimmt.
Die graphischen Darstellungen der Fig. 1C und 1D zeigen den praktischen Effekt dieses Verhaltens auf die Betriebsparameter der Filterpatrone während einer exemplarischen Periode von 3 Tagen beginnend mit dem Zustand, in dem der Filter vollständig sauber ist. In der Praxis kann dies durch eine chemische Reinigung mit nachfolgender Nachbenetzung der Fasern bewirkt werden, wenn die Fasern aus einem hydrophoben Material bestehen.
Aus Fig. 1C ist ersichtlich, dass der Fluß anfangs relativ schnell abfällt und dann zu einer Stabilisierung auf einem geringeren Wert tendiert. Dementsprechend ist aus Fig. 1D ersichtlich, dass der an der Membran liegende Druck (TMP) allmählich ansteigt, wobei er gegebenenfalls unzulässig bis auf einen Wert zunimmt, dass eine chemische Reinigung oder gleichartige Maßnahme eingeleitet werden muss.
Ein wesentliches Erfordernis, um das in den Graphiken der Fig. 1C und 1D gezeigte Verhalten zu bekommen, besteht darin, dass in regelmäßigen Intervallen eine "Rückspülung" durchgeführt wird. In den Darstellungen der Fig. 1C und 1D wurde die Rückspülung alle 20 Minuten durchgeführt, wobei die Rückspülung selbst etwa eine Minute erforderte. Die oberen Punkte wurden etwa eine Minute nach Beendigung jeder regulären Rückspülung genommen.
Ohne die regelmäßige Rückspülung würde die Leistung der Patrone für den praktischen Einsatz in kommerziellen Anwendungen, wie Klärschlammfiltration und dergl., unzulässig schnell abfallen.
Fig. 2 umfasst eine Reihe von Querschnittsansichten der Patrone 10 der Fig. 1A und zeigt Stufen des bekannten Rückspülvorgangs.
Mit Bezug auf die bekannten Rückspülstufen in Fig. 2 umfassen diese (unter der Annahme, dass die Zuführung der Beschickung in das Gehäuse 12 beendet ist) zunächst das Ablaufen des restlichen Filtrats aus den Lumina des Faserbündels 13, wie in Stufe A1 durch den Pfeil Z gezeigt ist, dann das unter Druck setzen des Inneren der Lumina und des Inneren des Gehäuses 12 im allgemeinen mit einer Druckquelle aus komprimierter Luft, wodurch der gesamte in dem Gehäuse 12 eingeschlossene Bereich unter einen Druck zwischen etwa 300 und 600 kPa gesetzt wird, wie in Stufe A2 durch P angezeigt ist.
Darauf folgt die Stufe A3, in der die Druckquelle an die Lumina des Faserbündels 13 angeschlossen bleibt, wie durch P gezeigt ist, jedoch wird die Druckquelle aus dem Gleichgewichtsraum des Gehäuses 12 plötzlich entfernt, wie durch den Pfeil Y gezeigt ist, worauf an den Wandungen der das Faserbündel 13 bildenden Fasern eine dramatischen Druckdifferenz (als negative TMP bezeichnet) auftritt, wobei der Gradient von dem hohen Druck auf der Lumenseite der Wandungen zum niedrigen Druck auf der Schalenseite der Wandungen verläuft.
Die Einführung des Druckradienten an den Wandungen wird am besten als explosiv beschrieben und verursacht eine plötzliche Entfernung des eingeschlossenen teilchenförmigen Stoffes aus den Poren des die Wandungen der Fasern des Bündels 13 bildenden, mikroporösen Materials hinein in das Beschickungsvolumen des Gehäuses 12, aus dem die teilchenförmigen Stoffe durch geeignetes Durchleiten von Flüssigkeit ausgetragen werden können, z. B. durch die Flüssigkeitspassage in Längsrichtung durch die Gehäusekonstruktion von der Öffnung 18 zur Austrittsöffnung 19.
Diese bekannte Rückspülmethode, die schematisch in Fig. 2 gezeigt ist, ist durch die relativ hohe Druckstufe A2 gekennzeichnet, die erfordert, dass das Faserbündel 13 innerhalb einer gänzlich umschlossenen, unter Druck setzbaren Konstruktion eingekapselt ist. Ferner wird die unter Druck setzbare Konstruktion während ihrer Arbeitslebensdauer in Abständen von einigen zehn Minuten wiederholten Kompressionsstufen A2 unterworfen. Die zyklische Komprimierung/Entspannung führt zu Ermüdungsproblemen mit der Konsequenz, dass die nützliche Lebensdauer der Konstruktion als Filterpatrone verkürzt wird. Die bekannte Rückspülmethode ist auch dadurch gekennzeichnet, dass sie schnell wirkende Hochleistungsventile erfordert, um den explosiven Übergang von der Stufe A2 zu der Stufe A3 sicherzustellen. Die oben beschriebene bekannte Methode steht im Gegensatz zu Rückspülmethoden nach der ersten und zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die unter Bezugnahme auf die Fig. 3 und 4 beschrieben ist.
Ausführungsformen der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Fig. 3 bis 9 beschrieben. Während sich die Mehrheit dieser Fign. auf Ausbildungen mit offenem Gehäuse bezieht, meistens mit Filtratabzug durch aktive Druckabsenkung auf der Lumenseite der Fasern, sollen die in Zusammenhang damit beschriebenen Rückspülarten nicht als notwendigerweise auf diese Ausgestaltungen beschränkt angesehen werden. Der Hohlfaser-Konzentrator der Fig. 3 besteht aus einem Bündel von Hohlfasern 102, die in Gießharzblöcke 103 an ihrem Boden und 104 an ihrem oberen Ende dicht eingehüllt sind, so dass alle Lumina an ihren unteren Enden abgedichtet, jedoch an ihren oberen Enden offen sind. Das Hohlfaserbündel 102 ist vollständig in Flüssigkeit eingetaucht, die suspendierte Feststoffe enthält und in dem oben offenen Tank 101 enthalten ist.
Der obere Harzblock 104 ist dichtend an die Filtratkammer (oder Kopfteil) 105 abgeschlossen. Die Kammer 105 ist über eine Leitung 107 mit einem Ventil 106 an einen Filtrat-Aufnahmetank 108 angeschlossen. Eine Vakuumpumpe 109 und eine Filtrat-Abzugspumpe 110 sind an den Aufnahmetank - 108 angeschlossen. Die Abzugsgeschwindigkeit der Flüssigkeit aus dem Aufnahmetank 108 wird durch einen Niveauregler 111 geregelt.
Der in Fig. 3 gezeigte Konzentrator benutzt ein Gasdruck-Rückspülsystem mit zwei Druckniveaus. Komprimiertes Gas von höherem Druck aus der Quelle 115 wird durch Öffnen des Ventils 114 der Filtratkammer 105 zugeführt. Das komprimierte Gas wird durch das Druckreduzier- und Regelventil 113 entspannt und der Filtratkammer 105 zugeführt, wenn das Ventil 112 offen ist und die Ventile 106, 114 und 116 geschlossen sind. Wenn nur das Ventil 116 offen ist, beträgt der Druck in der Filtratkammer 105 eine Atmosphäre.
Während der Filtration sind die Vakuumpumpe 109 und die Filtrat-Abzugspumpe 110 in Betrieb, wobei das Ventil 106 offen ist und die Ventile 112, 114 und 116 geschlossen sind. Flüssigkeit wird durch die Wandungen der Hohlfasern in das Bündel 102 gezogen, steigt durch die Filtratkammer 105, strömt durch das Ventil 106, die Leitung 107 und tritt in den Filtratbehälter 108 ein, aus dem sie durch die Pumpe 110 kontinuierlich abgezogen wird. Dadurch wird Flüssigkeit kontinuierlich aus dem Tank 101 abgezogen, wobei die suspendierten Feststoffe zurückbleiben. Das Hohlfaserbündel 102 wird durch Zuführung von weitere Feststoffe enthaltender Flüssigkeit zum Tank 101 dauernd getaucht gehalten.
Nach einer Betriebsperiode werden die Hohlfasern zunehmend bis zu dem Punkt beladen, wo die Abzugsgeschwindigkeit der Flüssigkeit (als Filtrat) aus dem Tank 101 reduziert ist und die Rückspülung der Hohlfasern als notwendig erachtet wird. Diese wird wie folgt erreicht: das Ventil 106 wird geschlossen, und das Ventil 112 wird geöffnet und es bleibt offen, bis fast die gesamte Flüssigkeit in den Hohlfaserlumina des Bündels 102 durch die Hohlfaserwandungen in den Tank 101 verdrängt wurde.
Dann wird das Ventil 114 geöffnet, und Gas von höherem Druck strömt in die Lumina, verdrängt restliche Flüssigkeit aus den Poren der Hohlfaserwandungen und tritt an den Oberflächen aller Hohlfasern in dem Bündel 102 als feine Blasen aus.
Das Wachstum und das Ablösen dieser austretenden Blasen dient dazu, angesammelte Feststoffe von den Oberflächen der Hohlfasern abzuheben und das resultierende Gemisch aus Flüssigkeiten, Feststoffen und Gasblasen aus dem Hohlfaserbündel 102 in die in dem Tank 101 befindliche Flüssigkeitsmasse zu verdrängen.
Die Ventile 112 und 114 werden geschlossen, und Ventil 116 wird kurz geöffnet, um restliche Druckluft abzublasen und den während des Rückblasens vergrößerten Poren Zeit zu geben, sich auf ihre Normalgröße vor dem Rückblasen zu entspannen. Das Ventil 116 wird dann geschlossen, und das Ventil 106 wird wieder geöffnet, um die durch verminderten Druck induzierte Filtrierung zu beginnen.
Wenn die Flüssigkeit Wasser ist und die Hohlfasern hydrophil sind, wird die beginnende vakuuminduzierte Filtration die Fasern wieder mit Erfolg benetzen und sogleich brauchbare Filtrationsgeschwindigkeiten ergeben.
Wenn die Hohlfasern hydrophob sind, bleiben alle Poren, die beim Rückblasen mit Gas durchströmt waren, durch das restliche Gas und durch Oberflächenspannung gehaltene Gas/Flüssigkeit-Grenzflächen in den Membranporen blockiert: nur jene Poren, die ihre gesamte Flüssigkeit zurückhielten, werden Filtrat durchlassen. Weil es hiervon nur wenige gibt, wird der Filtratfluß für eine normale Filtration unbrauchbar niedrig sein. In diesen Fällen kann die Flüssigkeit/Gas-Grenzfläche durch aufeinanderfolgende Wiederholung der folgenden Stufen durch die Membran hindurch progressiv vorgeschoben werden:
(a) Ventil 106 wird für 5 bis 30 Sekunden schnell geöffnet. Während in der Filtratkammer 105 ein Vakuum ansteht, erfolgt eine Vakuumfiltration durch die mit Flüssigkeit gefüllten Poren in den Hohlfasermembranen. Während dieser Zeit tritt das in dem Filtrat gelöste Gas in Form von Blasen aus, während die Flüssigkeit dem Vakuum ausgesetzt ist. Während dieser Zeit expandiert das in den Membranporen eingeschlossene Gas, von dem etwas in Form abgelöster Blasen in die Lumina abgegeben wird. Diese abgelösten Blasen steigen auf und entweichen durch das Ventil 106.
(b) Nach den 5 bis 30 Sekunden wird das Ventil 106 geschlossen, und die an und in den Membranporen befindliche entgaste Flüssigkeit löst etwas Porengas, während der Druck in dem Lumen mit der Zeit auf Atmosphärendruck ansteigt. Während des Druckanstiegs ziehen sich die in den Membranporen eingeschlossenen, expandierten Gasblasen zusammen und werden teilweise durch Flüssigkeit aus dem Tank 101 ersetzt: Gasblasen innerhalb des Lumens setzen während dieses Druckanstiegs ihren Anstieg zur Filtratkammer fort.
(c) Nach einer Periode von 10 bis 300 Sekunden wird das Ventil 106 wiederum schnell geöffnet, um den Druck schnell zu verringern und weiteres Gas in Form expandierter Blasen aus der Flüssigkeit in der Filtratkammer 105, den Lumina und den Membranporen zu entfernen.
(d) Stufe (b) wird wiederholt.
(e) Die Stufen (c) und (d) werden aufeinanderfolgend wiederholt, bis die Flüssigkeit durch die Membranporen zu den Lumina fortgeschritten ist und sich ein brauchbarer Filtratfluß wieder eingestellt hat.
Alternativ kann eine mechanische Stoßeinrichtung dazu dienen, um das in den Membranporen festgesetzte Gas durch die Hohlfaserwandungen in den Feststoff- Konzentrierungsteil zu treiben.
Nach der durch Gasdruck induzierten Rückspülung werden nicht alle Poren in den Membranwandungen der Hohlfasern entleert und mit Gas ausgetauscht sein. Diese mit Restflüssigkeit gefüllten Poren erlauben den Flüssigkeitsdurchfluß, wenn an die Hohlfaserlumina wieder Vakuum angelegt wird, wenngleich bei einem geringeren Filtratfluß als dem bei einer Hohlfasermembran, in der fast alle Poren mit Flüssigkeit gefüllt sind.
Der Vorgang der erneuten Flutung der Poren, die teilweise oder vollständig mit Gas gefüllt wurden, wird als "Wiederbenetzung" bezeichnet. Wenn die Oberflächen der Membranporen leicht benetzt werden (d. h. hydrophil oder nur schwach hydrophob sind, wenn Wasser die Flüssigkeit ist), erfordert die Flüssigkeit eine geringe oder gar keine Wiederbenetzung der Membran, und die durch Vakuum herbeigeführte Induktion ist für den Zweck genügend.
Wenn sie nicht leicht benetzt werden (z. B. hydrophob sind), dann hemmt die Oberflächenspannung an den Gas/Flüssigkeit-Grenzflächen in den Membranporen die Bewegung dieser Gas/Flüssigkeit-Grenzflächen. Eine Druckdifferenz, die größer ist als die durch die Benetzbarkeit der Porenoberfläche und die Gas/Flüssigkeit-Grenzflächenspannung bestimmte Druckdifferenz, muss angelegt werden, um eine Bewegung dieser Grenzflächen durch die Membran hindurch zu erzeugen.
Der hydraulische Stoß kann eine Druckwelle in der Flüssigkeit erzeugen, die diese Grenzflächen abreißt und sie durch die Membran verschiebt. Der fortgesetzte wirkende Druck in der Flüssigkeit unmittelbar nach der Auslösung der Druckstoßwelle hält die Verschiebung aufrecht, um Gas durch die Membran zu bewegen, und ersetzt das Gas durch Flüssigkeit.
Die wiederholte Anwendung von hydraulischen Stößen unterstützt durch einen passenden aufrechterhaltenen Druck in der Lumenflüssigkeit für kurze Perioden bewahrt die Benutzung des Filtrats für diese wiederholte Benetzung. Die Aufeinanderfolge der Vorgänge ist wie folgt:
(i) im Anschluss an die durch Gasdruck induzierte Rückspülung werden die Ventile 112, 114 und 116 geschlossen und das Ventil 106 wird geöffnet, um Vakuum an die Filtratkammer 105 zu legen und diese Kammer und die Hohlfaserlumina wieder mit Filtrat zu füllen, bis in der Filtratkammer oder in den Rohrleitungen, die die Ventile 106, 112, 114 und 116 mit dieser Kammer verbinden, keine Gastaschen verbleiben. Die Ventile 106, 112, 114 und 116 und ihre Rohrleitungen sind so eingerichtet, dass sie immer während der durch Vakuum induzierten Filtration mit Flüssigkeit geflutet sind und keine Gastaschen zurückgehalten werden.
(ii) Wenn die Filtratkammer 105 wie unter (i) oben beschrieben mit Filtrat geflutet wurde, wird Ventil 106 geschlossen und nach 1 bis 5 Sekunden wird das Ventil 114 zur Hochdruckgasquelle 115 geöffnet. In diesem Fall ist Ventil 114 ein Spezialventil von geeigneter Öffnungsfläche und Öffnungsgeschwindigkeit, und der Gasdruck in der Quelle 115 ist der Art, dass ein hydraulischer Stoß ("Wasserhammer") auf das Filtrat in der Kammer 105 einwirkt und eine Druckwelle durch das Filtrat, die Hohlfaserlumina abwärts und auf die Gas/Flüssigkeit-Grenzflächen innerhalb der Hohlfasermembranwandungen des Bündels 102 verursacht, wenn das Ventil 114 plötzlich geöffnet wird.
(iii) Das Ventil 114 bleibt für 1 bis 20 Sekunden offen, um Druck in den Hohlfaserlumina ohne Ablauf aus der Filtratkammer 105 vor dem Schließen aufrecht zu erhalten.
(iv) Das Ventil 106 öffnet nach einer weiteren kurzen Verzögerung, um das gesamte Gas aus der Filtratkammer 105 abzuziehen.
(v) Die eben beschriebenen Arbeitsgänge (ii) und (iii) werden wiederholt.
(vi) Die Stufen (iv) und (v) werden wiederholt, bis die Hohlfasermembranen ausreichend neu benetzt sind, um eine ausreichende Filtrationsgeschwindigkeit zu schaffen, wenn eine durch Vakuum induzierte Filtration begonnen wird.
Die Fig. 4 und 5 zeigen eine Variation der Ausführungsform von Fig. 3. In der Variation der Fig. 4 hat der Gießharzstopfen 103, der die unteren Enden der Hohlfaserbündel 102 umschließt und abdichtet eine solche Masse und Dichte, dass verhindert wird, dass Hohlfasern 102 infolge des Auftriebs während der Rückspülung oder Filtration aufwärts bewegt werden.
Die Filtratkammer 105 ist mechanisch mit einer mechanischen Einrichtung 135 verbunden, die eine Schwingung der Filtratkammer 105, der Hohlfaser 102 und der Harzblöcke 104 und 103 veranlaßt, wenn sie betätigt wird. Diese Schwingungen sind eine hin- und hergehende Bewegung in einer im allgemeinen vertikalen Richtung. Während der Filtration bleibt die Schwingungsvorrichtung inaktiv. Sie wird nur während der Rückspülungen aktiviert, während das Hohlfaserbündel 102 in die Flüssigkeit eingetaucht bleibt, und dient dazu, die Ortsverschiebung der zwischen den Hohlfasern des Bündels 102 suspendierten Feststoffe zu unterstützen, die abgelöst wurden oder in der Ablösung begriffen sind und durch Flüssigkeit und/oder Gas herausbefördert werden, die bzw. das während der Rückstromperioden der Rückspülung aus den Hohlfaserporen austritt.
Bei der Variation der Fig. 5 wird die Suspension der Feststoffe in der Beschickungsflüssigkeit in Tank 101 durch eine Schaufel 131 gerührt, der hauptsächlich in vertikaler Richtung durch mechanische Mittel 132 oder mittels eines angeschlossenen, durch ein äußeres Gerät 133 angetriebenen Membranmotors 134, dem Luft- oder Wasserdruckschwankungen durch 133 zugeführt und so Schwingungsbewegungen verliehen werden. Dies bewegt den Flüssigkeitsinhalt des Tanks und unterstützt die Reinigung des Hohlfaserbündels 102 während der Rückstromperioden der Rückspülung, wie in Bezug auf Fig. 4 beschrieben wurde.
Der in Fig. 6 gezeigte Hohlfaser-Konzentrator ist ähnlich dem Konzentrator der Fig. 3, hat aber ein zusätzliches System, das die Entleerung des Konzentratortanks während der Rückspülung erlaubt.
Die durch Unterdruck induzierte Filtration wird wie bei der Ausführungsform der Fig. 3 beschrieben fortgesetzt, bis man die Rückspülung für notwendig hält. Die Rückspülung wird durch die folgende Aufeinanderfolge der Arbeitsgänge (i) bis (v) bewirkt:
(i) Die Ventile 126 und 127 sind normalerweise geschlossen. Das Ventil 129 ist ein Rückschlagventil. Die Ventile 114 und 116 bleiben geschlossen. Das Ventil 106 wird geschlossen und das Ventil 112 wird geöffnet, und es bleibt offen, bis fast die gesamte Flüssigkeit in den Hohlfaserlumina des Faserbündels 102 durch die Hohlfaserwandungen in den Tank 101 verdrängt ist.
(ii) Das Ventil 112 wird geschlossen, während der Inhalt des Tanks 101 in einen separaten Behälter 124 übertragen wird, bis das Hohlfaserbündel 102 nicht mehr in die Flüssigkeit eintaucht. Diese Übertragung kann entweder durch den Betrieb einer Flüssigkeitübertragungspumpe 125, oder durch Anlegen eines Vakuums an den Behälter 124 durch Schließen des Ventils 128 und genügend langes Öffnen des Ventils 126 bewirkt werden, so dass die Flüssigkeit von dem Tank 101 in den Behälter 124 übertritt.
(iii) Das Ventil 114 wird geöffnet und Gas unter dem höheren Druck strömt schnell in die Lumina, verdrängt restliche Flüssigkeit aus den Poren in den Hohlfaserwandungen und stößt sie von den Oberflächen aller Hohlfasern in dem Bündel 102 als Blasen aus, woran sich kleine Luftstrahlen anschließen. Dieser Vorgang entfernt angesammelte Feststoffe aus den Membranporen und von den Membranoberflächen, so dass sie sich lose in dem Hohlfaserbündel 102 sammeln oder in den Tank 101 fallen.
(iv) Das Ventil. 114 wird geschlossen, und der Inhalt des Behälters 124 wird in den Tank 101 zurückgeführt, in dem die Ventile 127 und 128 geöffnet werden, so dass das Hohlfaserbündel 102 erneut untertaucht.
(v) Wenn das Faserbündel untergetaucht ist, wird das Ventil 114 wiederum geöffnet, und das heraus tretende Gas dient dazu, die gelösten Feststoffe aus den Zwischenräumen des Hohlfaserbündels 102 in die Flüssigkeitsmasse in dem Tank 101 zu bringen. Die erneute Benetzung der Hohlfasermembranen schließt sich an und wird durch die oben für die Ausführungsform der Fig. 3 beschriebene Methode bewerkstelligt.
Der in Fig. 7 gezeigte Hohlfaser-Konzentrator ist ähnlich dem Konzentrator der Fig. 3, hat jedoch ein zusätzliches System, das das Hohlfaser-Filteraggregat bei der Rückspülung aus der Flüssigkeit hebt.
Die Aufeinanderfolge der Arbeitsgänge während der Rückspülung ist wie folgt:
(i) Die Ventile 114 und 116 bleiben geschlossen. Das Ventil 106 wird geschlossen und das Ventil 112 wird geöffnet, und es bleibt offen, bis fast die gesamte Flüssigkeit aus den Hohlfaserlumina in dem Bündel 102 durch die Hohlfaserwandungen in den Tank 101 verdrängt wurde.
(ii) Das Ventil 112 wird geschlossen, während das Aggregat, bestehend aus den Positionen 102, 103, 104, 105, 106, 112, 114 und 116 durch mechanische Mittel 130 angehoben wird, so dass nur der untere Gießharzblock 103 in den Flüssigkeitstank 101 eingetaucht bleibt.
(iii) Das Ventil 114 wird geöffnet, und Gas unter dem höheren Druck strömt schnell in die Lumina, verdrängt restliche Flüssigkeit aus den Poren der Hohlfaserwandungen und tritt von der Oberfläche aller Hohlfasern des Bündels 102 in Form von Blasen mit nachfolgenden kleinen Luftstrahlen aus. Dieser Vorgang entfernt angesammelte Feststoffe aus den Membranporen und von den Membranoberflächen, so dass sie sich lose innerhalb des Bündels der Hohlfasern 102 sammeln oder in den Tank 101 fallen.
(iv) Das Ventil 114 wird geschlossen und das Aggregat aus den Positionen 102, 103, 104, 105, 106; 112, 114 und 116 wird durch die mechanischen Mittel 130 abgesenkt, bis das Hohlfaserbündel 102 und der Gießharzstopfen 104 sich unterhalb der Flüssigkeitsoberfläche in dem Tank 101 befinden.
(v) Wenn das Faserbündel 102 untergetaucht ist, wird das Ventil 114 wieder geöffnet und das austretende Gas dient dazu, die gelösten Feststoffe aus dem Zwischenraum der Hohlfasern des Bündels 102 in die Flüssigkeitsmasse des Tanks 101 zu verdrängen.
Die Wiederbenetzung der Hohlfasermembrane schließt sich an und wird durch die oben für Ausführungsform der Fig. 3 beschriebene Methode bewerkstelligt.
Während der Stufe (v) der Folge von Arbeitsgängen der Ausführungsformen der Fig. 6 und 7 kann das Aggregat der Teile 102, 103, 104, 105, 106, 112, 114 und 116, das das Hohlfaserbündel 102, die Filtratkammer 105 und ihre angeschlossenen Ventile umfaßt, durch eine mechanische Einrichtung 135 in Schwingungen versetzt werden, wie in Bezug auf Fig. 4 beschrieben wurde.
Während der Stufe (v) der Folge von Arbeitsgängen der Ausführungsformen der Fig. 6 und 7 kann die Feststoffsuspension als Flüssigkeit in dem Tank 101 durch eine Schaufel 131 gerührt werden, wie in Bezug auf Fig. 5 beschrieben wurde.
Fig. 8 zeigt noch eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der der Behälter nicht mehr gegenüber dem atmosphärischen Druck offen, sondern geschlossen ist und ein einzelnes Filterelement oder eine Mehrzahl von Filterelementen umhüllt. Eine Vakuumfiltration kann zur Anwendung kommen, wie bereits beschrieben, wobei frische Beschickung durch das Beschickungsventil 151 (Beschickungspumpe 152 kann weggelassen werden) in den geschlossenen Behälter gezogen wird, während das Filtrat durch die Leitung 407 in den Tank 108 abgezogen wird, oder die Beschickung kann unter Druck mittels Pumpe 152 durch das Beschickungsventil 151 in den geschlossenen Behälter geleitet werden (die Pumpen 109 und 110 sind nicht mehr erforderlich).
Wenn die Filtration durch Schließen des Ventils 106 oder des Ventils 151 beendet wird, erfolgt die durch Gasdruck betriebene Rückspülung so, wie für die Ausführungsform der Fig. 3 beschrieben wurde. Die Gasdruck-Rückspülung kann von der Rührung des Flüssigkeitsinhalts des Tanks 101 begleitet werden, die durch Schwingungsbewegung der Schaufel 131 wie bei der Ausführungsform der Fig. 5 erzeugt wird.
Der Behälter, 101 ist mit dem Filtrat-Sammelkopf 105 bestückt. Er kann durch Öffnen des Ventils 150 zum Atmosphärendruck geöffnet werden. Der Zweck des Abschließens des Behälters gegen Atmosphärendruck besteht darin, die Wiederbenetzung der Hohlfasermembranen nach einer durch Gasdruck betriebenen Rückspülung zu erleichtern, wenn die Membran deutlich nicht-benetzend, z. B. hydrophob gegenüber der Flüssigkeit ist und die zuvor beschriebenen Methoden der Wiederbenetzung ungeeignet sind. Um die Membranen auf diese Weise im Anschluss an die mit Gas betriebene Rückspülung wieder zu benetzen, werden die folgenden Arbeitsgänge der Reihe nach durchgeführt.
(i) Der Behälter 101 wird zuerst gegen den Austritt von Strömungsmittel durch Schließen der Ventile 150 und 153 geschlossen, wobei das Beschickungsventil 151 offen bleibt. Das Ventil 106 ist offen, und Flüssigkeit wird durch Anlegen von Vakuum durch die Leitung 107 unter Benutzung der Pumpen 109 und 110 durch die Hohlfasermembrane gezogen, oder Beschickung wird unter Druck durch die Pumpe 152 dem Tank 101 zugeführt, bis das Filtratsystem und seine Leitung bis zu dem Ventil 106 mit Flüssigkeit gefüllt sind. Dieser Flüssigkeitsdurchtritt durch die Membranwandungen beruht darauf, dass bei der mit Gas betriebenen Rückspülung einige der Poren durch die Membran mit Flüssigkeit gefüllt geblieben sind: die Masse der Poren wird von Flüssigkeit befreit und mit Gas gefüllt sein.
(ii) Das Filtratzuführungssystem wird durch Schließen des Filtratzuführungsventils 106 geschlossen, und der Druck in dem Filtratsammelkopf 105 und den Hohlfaserlumina und dem geschlossenen. Behälter 101 wird angehoben entweder durch
(a) Zuführung von Hochdruckflüssigkeit durch Pumpen 155 über das Ventil 158 oder
(b) Zuführung von komprimiertem Gas durch das Ventil 114 zu einem hohen Punkt in dem Filtratsystem.
Dieser Vorgang erhöht den Druck in den Lumina, Membranporen und dem geschlossenen Behälter 101 und dient dazu, Gasblasen in den Membranporen zu komprimieren und so ihr Volumen zu verringern und Flüssigkeit hinter dem komprimierten Gas in die Membranporen einströmen zu lassen.
(iii) Der Druck in dem Behälter wird durch Öffnen des Ventils 150 oder 151 verringert. Hierauf folgt fast unmittelbar die Öffnung des Ventils 106, um den Druck in dem Filtratsammelkopf 105 zu verringern. Die erste Verringerung des Behälterdrucks ermöglicht die Ausdehnung der komprimierten Gasblasen in der Membranwandung in Richtung des reduzierten Drucks: sie expandieren aus den Membranwandungen in den Behälter. Die zweite Wirkung begrenzt das Austreiben weiteren Filtrats aus den Lumina in den Behälter.
(iv) Die unter (i) bis (iii) unmittelbar zuvor aufgeführten Vorgänge werden wiederholt, um in der Membranwandung verbliebene, restliche Gasblasen zu komprimieren und sie in den Behälter abzustoßen. Die Vorgänge werden nötigenfalls wiederholt, bis eine zufriedenstellende anschließende Filtrationsgeschwindigkeit durch die Membran, in der Gasblasen während der mit Gas betriebenen Rückspülung durch Flüssigkeit ersetzt wurden, erreicht wird.
Fig. 9 zeigt noch eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der der Behälter nicht mehr zum Atmosphärendruck offen, sondern geschlossen ist und ein einziges Filterelement oder mehrere Filterelemente enthält. Die Druckfiltration kann wie beschrieben durchgeführt werden, wobei frische Beschickung von der Beschickungspumpe 152 durch das Beschickungsventil 151 in den geschlossenen Behälter gepumpt wird und Filtrat durch die Leitung 107 in den Tank 108 abgezogen wird.
Wenn die Filtration durch Schließen des Ventils 106 beendet ist, erfolgt die durch Gasdruck betriebene Rückspülung wie sie für die Ausführungsform der Fig. 3 beschrieben würde.
Der Behälter 101 bildet mit dem Filtrat-Sammelkopf 105 eine Hülle. (Siehe bei diesem Beispiel das Vorhandensein eines zweiten Filtrat-Sammelkopfes 158). Der Behälter 101 kann durch Öffnen des Ventils 150 zum Atmosphärendruck hin geöffnet werden. Der Zweck des Abschließens des Behälters gegen den Atmosphärendruck besteht darin, die Wiederbenetzung der Hohlfasermembrane nach einer durch Gasdruck betriebenen Rückspülung zu erleichtern, wenn die Membran deutlich nicht-benetzend, z. B. hydrophil gegenüber der Flüssigkeit ist und keine der zuvor beschriebenen Wiederbenetzungsmethoden geeignet ist. Zur Wiederbenetzung der Membrane auf diese Weise im Anschluss an die mit Gas betriebene Rückspülung werden die Vorgänge (i) bis (iv), die oben zur Figur B angegeben wurden, der Reihe nach durchgeführt.
Die mit Gas betriebene Rückspülung besteht im Falle der Fig. 9 aus den folgenden Stufen:
(a) Die Ventile 106 und 151 werden geschlossen und Ventil 150 geöffnet. Das Ventil 160 bleibt geschlossen.
(b) Die Ventile 112 und 159 werden geöffnet, und Niederdruckgas verdrängt Flüssigkeit von den Filtrat-Sammelköpfen 105 und 158 und aus den Faserlumina in den Behälter 108.
(c) Gleichzeitig mit dem Vorgang (b) öffnet das Ventil 153, und die Pumpe 157 fördert den Inhalt des Tanks 101 zum Tank 158.
(d) Das Ventil 114 wird geöffnet, und Gas von höherem Druck drängt Flüssigkeit aus den Membranporen des Faserbündels 102 und schafft dabei eine durch Gas betriebene Rückspülung.
(e) Die Ventile 160 und 153 öffnen, wobei die Pumpe 157 abgeschaltet wird, um den Tank 101 wieder zu füllen.
(f) Wenn der Tank 101 wieder gefüllt ist, beginnt die Pumpe 157 wieder zu laufen, um Flüssigkeit über das Faserbündel 102 zu drücken, während Gas noch aus der Fasermembran austritt.
(g) Die Ventile 112, 114, 153 und 160 schließen, die Pumpe 157 wird angehalten, und die durch Gasdruck betriebene erneute Benetzung beginnt.
Es ist verständlich, dass - obgleich die Beschreibung ein einziges, in einem Flüssigkeitstank betriebenes Faserbündel betrifft, - die Erfindung nicht hierauf beschränkt ist, da es oft wirtschaftlich vorzuziehen sein kann, mehrere solcher Faserbündel in einem solchen Tank zu benutzen.

Claims

1. Verfahren zum Konzentrieren von Feststoffen einer flüssigen Suspension in einem Behälter, bei dem man

(i) die flüssige Suspension in einem Behälter (101) der äußeren Oberfläche elastischer, mikroporöser, hohler Fasern oder rohrförmiger Filterelemente (102) zuführt, während man zur Bewirkung einer Druckfiltration Druck auf die flüssige Suspension ausübt oder zur Bewirkung einer Vakuumfiltration Unterdruck an die Lumina der Hohlfaser anlegt, um so eine Filtration durch die Membranwandungen einzuleiten und aufrechtzuerhalten, wobei

(a) ein Teil der flüssigen Suspension die Wandungen der Fasern (102) passiert, um aus den Lumina der Hohlfasern als geklärte Flüssigkeit oder Filtrat abgezogen zu werden, und

(b) wenigstens ein Teil der Feststoffe auf oder in den Hohlfasern oder in anderer Weise als suspendierte Feststoffe in der die rohrförmigen Filterelemente umgebenden Flüssigkeit des Behälters (101) zurückgehalten wird,

(ii) die zurückgehaltenen Feststoffe nach Öffnen des Behälters (101) zum Atmosphärendruck durch die Zuführung eines Entfernungsmediums durch die Lumina von den Fasern entfernt, wobei diese Zuführung zuerst so erfolgt, daß Flüssigkeit innerhalb der Hohlfaserlumina (102) mit Gas unter einem Druck unterhalb des Blasenpunktes der Poren der Fasern durch die Hohlfasermembran verschoben wird, und anschließend den Hohlfaserlumina Gas unter einem wesentlich über dem Blasenpunkt der Poren liegenden Druck zugeführt wird, der in den Membranporen zurückgehaltene Flüssigkeit nach außen treibt und dem Gas in den Lumina erlaubt, der Flüssigkeit durch die Faserwandungen zu folgen, um sogar an der von dem Lumeneingang (105) entferntesten Stelle eine wirksame Reinigung und Spülung zu schaffen und so die natürliche Neigung in einer nur rücklaufenden Flüssigkeit zur bevorzugten Auswaschung der Poren in der Nähe des Lumeneingangs (105) zu reduzieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das genannte Verfahren als kontinuierlicher Prozess unter Benutzung eines wiederholten Zyklus aus Feststoffansammlung und Feststoffaustragung durchgeführt wird.

3. Konzentrator zur Gewinnung von feinen Feststoffen aus einer flüssigen Beschickungssuspension mit

(i) einem Behälter (101), der Atmosphärendruck ausgesetzt werden kann und dem die flüssige Beschickungssuspension unter Druck oder unter Atmosphärendruck zugeführt werden kann,

(ii) mehreren elastischen, hohlen, mikroporösen Polymerfasern in dem Behälter, die zu wenigstens einem Bündel (102) zusammengebaut sind,

(iii) Einrichtungen (109) zur Anlegung eines Unterdrucks an die Lumina der Hohlfasern (102) oder eines Drucks an den Behälter (101),

(iv) Einrichtungen (110) zum Abziehen geklärter Flüssigkeit aus den Faserlumina, und

(v) Einrichtungen (113, 115) zum Anlegen eines Gasdrucks in zwei Druckstufen in Folge an die Flüssigkeit in den Faserlumina und den Wandungen, während der Behälter (101) Atmosphärendruck ausgesetzt ist, um erstens eine Entfernung der Flüssigkeit aus den Lumina durch die Faserwandungen und zweitens eine Membrandurchreinigung der Fasern zu bewirken, wobei der von dem Gas auf die Flüssigkeit ausgeübte höhere (zweite) Druck ausreicht, um im wesentlichen alle Poren der Fasern zu strecken und der höhere Gasdruck auch ausreicht, daß das Gas Flüssigkeit verschiebt und ihr durch die größeren Faserporen folgt, um darin zurückgehaltene Feststoffe zu entfernen, und daß das austretende Gas die Außenwandungen der. Fasern reinigt und die entfernten Feststoffe in die Flüssigkeitsmasse in dem Behälter befördert.

4. Konzentrator nach Anspruch 3, mit Einrichtungen zum vorübergehenden Umsetzen der Flüssigkeitsinhalte des Behälters (101) in einen separaten Aufnahmebehälter (124) während der Rückspülarbeitsgänge.

5. Konzentrator nach Anspruch 3, mit Einrichtungen (130) zum Anheben der Mehrzahl der elastischen, hohlen, mikroporösen Polymerfasern (102) während der Rückspülarbeitsgänge über die Flüssigkeit in dem Behälter (101).