DE7931686U1 - Vorrichtung zur wasserentsalzung und -reinigung durch umgekehrte osmose und ultrafiltration - Google Patents

Description

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BegchreibUnfti,

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wässereiitöalzurig und Wässerreinigung durch Umgekehrte Osmose Und Ultrafiltration mit einer Mehrzahl von iri einem Aüßeilgehäüse flächliegend aufeinändefgestapelten Membränkissen^ welche aus einer Drainageschicht zwischen am Umfang dichtend miteinander verbundenen oberen und unteren Membranschichten bestehen und membranseitig vom Rohwasser überströmt werden und filterseitig über den Klssenstäpel durchquerende Kanäle das Permeat abführen.

Bisher vorgenommene Versuche mit solchen gestapelten Membrankissen haben noch zu keinen praktischen Ergebnissen geführt, da man bisher nicht in der Lage war, eine Vielzahl von dabei auftretenden Schwierigkeiten zu überwinden. Diese Schwierigkeiten lagen dabei vor allem in folgendem:

1, Die Membranflächen wurden ungenügend ausgenutzt, da sie im Stape.l sehr eng aneinander liegen und ein gleichmäßiger parallel-strömender Röhwasserflüß über alle Membranflgc>°™ nicht sichergestellt werden könnte, so daß sich ein schlechter Wirkungsgrad ergab.

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2. Die Membranen wurden wegen starker mechanischer Beanspruchung durch Druck- und Axialkräfte schnell beschädigt und hatten - vor allem im Hinblick auf ihre
relativ hohen Fertigungskosten - eine zu geringe Lebensdauer .

3. Das Zusammenhalten eines Membrankissen-Stapels war | äußerst schwierig, da ,sich bei zu geringer Zusammen- r spannung ein schlechter FUllungsgrad ergibt und da bei ΐ zu starker Zusammenspannung die Membranflächen durch
zwischengelegte Abstandshalter beschädigt werden.

4. Bei dem Versuch, die Membrankissen-Stapel mit einer Mehr- \ zahl von Spannbolzen zusammen zu halten, wurde die Be- ι

wegungsfreiheit der einzelnen Membrankissen in Richtung,
ihrer Flächenausdehnung sehr stark beeinträchtigt, so daß
schon nach mehrmaligem Einschalten und Abschalten der Anlage und dem damit verbundenen Druckwechsel die Membranen 1 an den zwischenliegenden Abstandshaltern beschädigt wurden.

5. Das Auswechseln der wegen des Wirkungsgrades sehr groß-

flächig ausgebildeten Membrankissen erforderte einen hohen I

Arbeite- und Kostenaufwand. !

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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist en, rl ie vorerwähnten Schwierigkeiten zu beseitigen und eine Vorrichtung der einleitend genannten Art zu schaffen_r die in der Herstellung, bei der Wartung und beim Betrieb vergleichsweise geringe Kosten erfordert und trotz sehr gedrungener Bauweise einen großen Wirkungsgrad(Membran-Druckfestigkeit und wirksame Membranfläche je Vorrichtungsvolumen) aufweist.

Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichnungsteil des Hauptanspruches angegebenen Merkmale gelöst.

V/eitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nachfolgend wird anhand der Zeichnungen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 einen axialen Schnitt durch eine erfindungsgemäße

Vorrichtung zur Wasserentsalzung und Wasserreinigung,

Fig. 1a den in Fig. 1 mit A bezeichneten Ausschnitt in vergrößertem Maßstabe,

Fig. 2 einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie H-II der Fig.1p

Fig. 3 eine Stirnansicht der Vorrichtung in Blickrichtung HI-III der Fig. 1.

Fig. 4 eine Einzelheit der Fig. 2 in vergrößertem Maßstabe, Fig. 5 eine Draufsicht auf den in Fig. 4 gezeigten Stützring, Fig. 6 einon Schnitt gemäß der Schnittlinie VI-VI der Fig. 5,

Fig. 7 eine Draufsicht auf einen Abstandshalter für die gestapelten Membrankissen,

Fig. 8 eine Draufsicht auf ein Membrankissen teilw. aufgebrochen

Fig. 9 einen vergrößerten Schnitt durch den Rand eines Membrankissens gemäß Fig, θ und

Fig. 10 eine abgebrochene Draufsicht auf die Verklammerung benachbarter Innengehäuse der Vorrichtung.

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Die in Pig. 1 in einem axialen Schnitt dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einem rohrförmigen Außengehäuse 1, welches am einen Ende mit einem vorzugsweise einteilig ausgebildeten kuppeiförmigen Boden 2 verschlossen ist. Am freien Ende des Außengehäuses 1 befindet sich ein .Ringflansch 3, welcher Schraubbolzen 4 für den aufzusetzenden Deckel 5 (Fig. 3) enthält. Dieser Deckel 5 greift m^t einem Ansatz 6 von vermindertem Durchmesser in eine entsprechende innere ringförmige Ausnehmung des Außengehäuses 1 ein, um dort einen dichtenden Abschluß zu erzielen. An der Innenseite des Deckels 5 befindet sich eine etwa quadratisch verlaufende stufenförmige Ausnehmung 7, in die ein nachfolgend noch im einzelnen zu besprechendes,Membrankissen 19 enthaltendes Innengehäuse 8 flüssigkeitsdicht eingreifen kann. Die Innenfläche des Deckels 5 mündet über einen konischen Zwischenabschnitt innerhalb der Ausnehmung 7 in einen zentralen Soleauslaßanschluß 9. Des weiteren enthält der Deckel außerhalb der Ausnehnung 7 einen oder mehrere Rohwassereinlaßanschlüsse 10. Schließlich enthält der Deckel 5 auch noch unterhalb des Anschlusses 9 drei Auslaßanschlüsse 11 für das gev/onnene Permeat. Der Deckel 5 wird auf dem Außengehäuse 1 mit

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Muttern 12 gehalten ι die aUf die SchräUbbölzßn 4 aufge« söhräübt Werden könnerti

Innerhalb des ÄüßengeMuses 1 befinden siöh, wie schon erwähnt, ein öde* iiiehreire in äxiäiei* Richtung hintefein-^ ander angeordnete Innengehäüse 8^ deren Ausbildung ära besten aus den Fig« iä und 2 au eröehen ist* Jedes* innengehäüse η besteht aus einem trogartigen Gehäuse-Unterteil 13, weiches an der Oberseite mit einem flachen Deckel 14 verschlossen werden kann. Das Innengehäüse 8 ist stirnseitig geöffnet und definiert somit einen kastenförmigen Durchfluß-Querschnitt .

Zur Versteifung, zur axialen Verbindung mehrerer Innengehäuse 8 und zur axialen Führung innerhalb des Außengehäuses 1 befinden sich außen an den Seitenwanden der Gehäuseteile 13 und 14 sich senkrecht zu den entsprechenden Flächen erstreckende Rippen 15. Die stirnseitigen Enden der Innengehäüse teile 13 und 14 sind gegensinnig abgetreppt ausgebildet, so daß sie, wie Fig«, 1 zeigt, gut geführt und - falls erwünscht. - auch strömungsmitteldicht ineinandergreifen könrlan. An den Enden der Rippen 15 sind, v/ie vor allem die Fig*

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erkennen läßt,- Bohrungen 16 Und Ausnehmungen 17 Voi*ge~ öeheHi lii die Bohrungen 16 zWeier· feenachbär-feer' Rippen 1g greifen die limge^inkeiteü freien Enderl von im wesentlichen U-iibVmigen Kiämrrterbügeln 18 ein, die in den Ausnehmungen 17 der Rippen eines benachbarten Moduls eingehakt werden kb'nnerh im zUsämi'nengehäkteri Zustand können mehrere Innengehäüse 8 korrekt axial aüföinandef aüsge·^- richtet gemeinsam in das Außengehäüse 1 eingeschoben werden.

Der Innenraüm des Innerigehaüses 13* 14 wird vollständig ausgefüllt vom Stapel 19' der MembränkisSen 19 (Fig. 8) und der swischenliegenden flachen Abstandshalter 20 (Fig. 4 und 7).

Jedes Membrankissen 19 besteht aus einer oberen Membranschicht 21 und einer unteren Membranschicht 22, welche am Rande dichtend miteinander verbunden sind. Zwischen den Schichten 21 und 22 befindet sich mindestens eine aus Feingewebe bestehende Drainageschicht 23. Um die Flüssigkeitsströme gleichmäßig zu verteilen* kann es auch zweckmäßig sein, zwischen den Membranschichten 2.1 und 22 eine Trenn-

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folie 24 Und zwei Drainage schichten 23'ä Und 23b anzuordnen* 2ür Pdrtjleätäbführ Und zur Lagerung int IhnengehMuse Ö enthält djäs Membrarikissen 19 eine Mittelb'ffnUhg 35.

Der Abstandshalter 20 in Form eines vor'zUgäweise aus Kunststoff bestehenden dünnen Plättchen^ enthalt, wie Fig, 7 zeigt, eine Vielzahl von Durchtrittsöffnüngen 52 und stegartig zwischen den Öffnungen 52 Verteilten Noppen 51, mit denen die einzelnen Membrankissen 19 auf Abstand gej halten werden. Zvv paßgerechten Lagerung im Innengehäuse

enthält der Abstandschalter 20 eine Mittelöffnüng 3δ.

Größe und Fortn der Membrankissen 19 und Abstandshalter sind dem innerhalb des Innengehäüses 8 vorhandenen Raum angepaßt, um einen blockförmigen Stapel zu bilden, der dem im Außengehäuse 1 in Fig. 1 von links nach rechts strömenden, über die Anschlüsse 10 zugeführten Rohwasser stirnseitig ausgesetzt werden kann. Das Rohwasser wird zwischen den Membrärikissen 19 von den Abstandshaltern 20 geführt, die dabei auch dank der Noppen 51 und DurchbrUche 52 für eine Wasserberuhigung und stetige Durchmischung sorgen.

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ett-fcS-behende DrUökäbfäll über die Meabräfistrecke foe« Wirkt eine geringe Drückdiffereniz zu deri Außenseiteri deö InnengehäUses O* Der Membränstäpei 19' nimmt die resultierende Kraft durch ssihe Eigeristäbilität auf, in der Querrichtung über die Abstandshalter¹ äö und in der Senkrechten durch deri Membränstäpel 19' selbst*

Zwischen den Membranstapeln 19' kann Rohwässer über Bohrungen am Innengehäuse 8 zusätzlich eingespeist werden. Hiermit erfolgt eine Beeinflussung der Aufkönzentratiöxi, der Fließgeschwindigkeit Und des Druckabfalles innerhalb der Verfahrensstrecke.

Bei einer Versuchsanlage wurden beispielsweise in einem innengehäuse 8 von 500 χ 100 χ 100 mm fünfzig Membrankissen 19 und fünfzig zwischengelegte Abstandshalter 20 angeordnet, da die maximalen Dicken von Membrankissen und Abstandshalter 20 etv/a ,je 1 mm betragen. Hieraus ergibt sich eine wirksame Fläche eines einzelnen Membran-

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kissens von 0,1 m , d.h. die wirksame Membranflache eines

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Membranstapels 19' beträgt 5 m . Schaltet man_r anders als

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in der Zeichnung, die nur zwei Module zeigt, vier Innengehäuse 8 hintereinander, ergibt sich für eine Gesamtbaulänge von 2,3 m eine Gesamtmembranfläche von 20 m , was bei einem Rohwasserdurchsatz von 6 m /h einer Fließgeschwindigkeit auf den Membranen von ca. 40 cm/s entspricht.

Der innere Aufbau des Inixengehäusas 8 wird anschließend anhand der Fig. 1a und 2 beschrieben. Zur Verbindung von Unterteil 13 und Deckel 14 des Innengehäuses 8, zur Lagesicherung des Membranstapels 19' und zur Abführung des Permeates dient der Mittelbolzen 25. Der Mittelbolzen 25 durchsetzt eine Mittelöffnung 54 des Deckels 14, die Mittelöffnung 35 der gestapelten Membrankissen 19, der Mittelöffnung 36 der zwischenliegenden Abstandshalter 20 und die Bohrung 53 im Boden des Innengehäuse-Unterteils 13* Der Mittelbolzen 25 weist im Bereich des Membranetapels 19' eine Längsnut 26 auf und ist an seinem unteren Ende mit einem Außengewinde 27 und am oberen Ende mit einem Außengewinde 29 versehen. Das untere Gewinde 27 ist in ein unter dem Boden des Gehäuse-Unterteils 13 angeordnetes Anschlußstück 28 eingeschraubt und das obere Gewinde 29 dient zum

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Aufschrauben einer Hutmutter 30-, die sich auf der Außen- j seite des Deckels 14 abstützt. Zur äußeren Abdichtung des S Bolzens 25 gegenüber dem Innengehäuse 8 dienen Ringdichtungen 31" und 32, die in entsprechenden Ringnuten im Bereich der Verschraubung am Deckel 14 und am Boden des Gehäuse-Unterteils 13 vorgesehen sind. Wenn der Mittelbolzen mit der Mutter 30 angespannt ist, ruht der Deckel 14 in der Längsausnehmung 33 und zwischen nicht näher dargestellten axialen Ansätzen unverschiebbar auf dem Gehäuse-Unterteil

Das Anfüllen des sich noch im geöffneten Zustand befindlichen Innengehäuses 8 geschieht so, wie es die Fig. 4 zeigt, d.h, es werden abwechselnd immer ein Stützring 37 mit einem Abstandshalter 20 und ein Membrankissen 19 auf den Mittelbolzen 25 aufgefädelt. Der Stützring 37, welcher mit seinem unteren Ringteil 40 (Fig.6) den Hittelbolzen 25 enganliegend umgibt, ist auf seinem Umfang mit einem O-Ring versehen, welcher bei der Stapelung im Bereich der Mittelöffnung 35 der Hembrankissen 19 dichtend zur Anlage kommt, so daß das die Membranaußenseiten beaufschlagende Rohwasser keinen Zutritt zu den nachfolgend noch zu beschreibenden Permeät-Abführkanälen hat. Die Mittelöffnung 36 des Abstands- I

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! halters 20 ist so bemessen, daß diese Mittelöffnung den

O-Ring 38 mit kleinem Spiel umschließen kann. Der obere •Ringteil 39 des Stützringes hat einen Innendurchmesser, der etwas"größer ist als der Außendurchmesser des Mittelbolzens 25, so daß dem letzteren gegenüber ein Ringspalt verbleibt, der der Permeat-Abfuhr dient. Der Außendurchmesser des oberen Stützringteils 39 entspricht im wesent-

35 liehen dem Durchmesser der Mittelöffnung des Membrankissens Der obere Ringteil 39 des Stützringes 37 besteht, wie Fig. zeigt, aus mehreren Segmenten 41, zwischen denen Durchlässe 42 vorgesehen sind. Auf diese Weise kann das in den einzelnen Membrankissen 19 im Bereich der Drainage-Schichten 23a und 23fc austretende Permeat über die Durchlässe 42 den Umfang des Mittelbolzens 25 erreichen. Um das Permeat vom Umfang des Mittelbolzens 25 weiterzuleiten, weist der letztere eine Längsnut 26 auf, die mit dem Inneren 34 des hoLljausgebildeten Mittelbolzens 25 in Verbindung steht. Im Betrieb kann somit das gesammelte Permeat über die Innenbohrung 34 des Mittelbolzens 25 das Anschlußstück 28 erreichen, um von dort weitergeleitet zu werden.

Das Anschlußstück 28 enthält außer der Gewindebohrung für das Gewinde 27 des Mittelbolzens 25 zwei einander gegenüberliegende muffenförmige Enden 43 und 44, die sich in Gehäuse-

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längsrichtung erstrecken. Diese muffenförmigen Enden 43 und 44 dienen zum Anschluß der P-erraeat-Abflußrohre 45,. I " die an ihren Anschlußenden 46 ringförmige Dichtungen 47 I . in Form eines O-Ringes aufweisen. Die Rohre 45 verbinden

die einzelnen Innengehäuse 8 untereinander und. mit den im Gehäusedeekel 5 vorgesehenen Permeat-Auslaßanschlüssen 11.

1 Wie die Fig. 1 zeigt, ist das dem Beden 2 des Außengehäuses 1

ξ. / benachbarte Ende des Anschluß Stückes 8 mit einem Stopfen 48

I verschlossen. Aufgrund des sich im Außengehäuse 1 einstellen-

% den Druckgefälles sorgt die an den einzelnen Innengehäusen 8

und am Stopfen 48 angreifende Kraft dafür, daß die mit Dichtungen versehenen Rohre 45 auch ohne jegliche Schraubverbini dung sicher in den Anschlußstücken 28 gehalten v/erden, Der

I Fortfall von besonderen Schraubverbindungen erleichtert die

f Montage und Demontage der Vorrichtung bei der Wartung und

bei dem Membranwechsel.

i Falls es erwünscht ist, die Permeate einzelner Membranstapel 19'

getrennt abzuführen, können am Anschlußstück 28 - wie Fig* 2 zeigt - weitere Anschlußstücke 49 und 50 vorgesehen werden, die

r dann keine Verbindung mit den benachbarten Mittelbolzen 25

f haben.

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Ss könnte äläö beisßielsWeise das Pernieöt des in links dargestellten IhnerigehäUses 8 über eines der* An« schlußstücke 4g öder 5Ö zu einem der drei Permeät-Aüs« lasse 11 geleitet Werden, Während ein änd§rer der drei Permeät-Aüsiässe mit dem in Fig₄ 1 rechts därgöstel-lten irinehgehause verbünden ist₄

Die für die Umkehr-Osmose verwendeten Membränkissen bestehen vorzugsweise aus bedampften Polyamiden, sie können aber auch eine Azetät^Zeilulose-Beschichtürig haben*

Ein erfindungsgemäß ausgebildeter Membrankissen-Hodul zeich net sich durch nachfolgende Vorteile aus:

a) Durch die Verwendung kleiner Einzelmembrankissen kann der Ausschuß bei der Fertigung erheblich verringert werden.

b) Man kann kleinere in einem Innengehäuse zusammengefaßte Baueinheiten vor dem Einbau prüfen.

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f) Die erfindungsgemäße Vorrichtung laßt sich problemlos an- und abfahren, da die starken Druckänderungen sich nicht mehr schädigend auf άύή Membranstapel auswirken können.

Bei Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird über die Rohwasseränschlüsse 10 in das Außengehäuse Rohwasser eingelassen, welches vom Böden 2 aus der Reihe nach die einzelnen Membranstapel 19' im Bereich der Abstandshalter 20 durchströmt und als angereicherte Sole die Vorrichtung am Soleauslaß 9

ö) Die Druckfestigkeit der einzelnen MembrärikisSeii ist erheblich erhöht Und kärih bis zu 1ÖÖ bär be- | tragen»

d) Ein in einem Innengehaüse Untefgebfachter Membranstapel stellt eine praktische Veräandeinheit dar, die sich beim Anwender schnell Und einfach aus- Und einbauen läßt*

e) Das Permeat kann sowohl insgesamt, aber auch aus

jedem Membranstapel einzeln abgeführt werden. j|

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Claims (1)

1. Vorrichtung zur Wasserentsalzung und Wasserreinigung durch Umgekehrte Osmose und Ultrafiltration mit einer Mehrzahl von in einem Außengehäuse flachliegend aufeinandergestapelten Membrankissen, welche aus einer Drainageschicht zwischen am Umfang dichtend miteinander verbundenen oberen und unteren Membranschichten bestehen und membranseitig vom Rohwasser überströmt werden und filtefseitig über den Kissenstapel durchquerende Kanäle das Permeat abführen, dadurch gekennzeichnet, daß die aufeinandergestapelten Membrankissen (19) und zwischen ihnen liegende plattenförmige Abstandshalter (20) in einem zu-

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sätzlichen, dem Stapelquerschnitt angepaßten Innengehäuse ( 8 ) angeordnet sind, welches aus einem beidendig offenen trogförmigen Unterteil (13) von im wesentlichen rechteckigem Querschnitt und einem sich allein auf dem Gehäuseunterteil (13) abstützenden flachen Deckel

(14) besteht.

f 2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß

die Abstandshalter (20) zwischen benachbarten Membran-

\ kissen (19) flächengleiche, beidseitig genoppte (51) und

mit Durchbrüchen (52) versehene, vorzugsv/eise aus Kunststoff bestehende Folien sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet,

j daß für jeden Membranstapel (19;) ein einziger Mittelbolzen

(25) vorgesehen ist, der sich durch den Innengehäusedeckel

(14) und die gestapelten mit Mittelöffnung (35) versehenen Membrankissen (19) und Abstandshalter (20) erstreckt und am Boden des Innengehäuse-Unterteils (13) befestigt ist, daß der Mittelbolzen (25) eine Längsnut (26) zur Abfuhr des Ferments auf v/eist und von einer Mehrzahl, die einzelnen Membrankissen (19) auf Abstand haltenden Stützringen (37) umgeben ist, welche mit Ringdichtungen (258) an den Membran-

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söhiöh-fceri (21^22) äril-ießeri Und über iri ihnen angeordnete ßUfchläsäe (h2) eine Verbindung zur» LMiigöiiUt (26) deä Mittelboiäens (25) hers-Belleri.-

4, Vorrichtung nach ArisprUoh 1 bis 3 dfidUrch daii das Ihnengehause { 8 ) in einem rohrförmigen Außengehäuse (1) angeordnet ist j dessen eines Eridö mit einem vor-zügsweise küppeiförmlßen Boden (2) verschlossen ist Und am gegenüberliegenden Ende einen abnehmbaren Deckel (5) auf-Weist, in däm sich die Anschlüsse (10, Ii, 9) für die Rbhwässerzuführ^ die Permeatabführ Und die Soleabführ befindend

Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, daß das Innengehäuse ('8 ) mit äußeren, sich in Längsrichtung erstreckenden Versteifungs- und Führungsrippen (15) versehen

Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, daß im Außengehäuse (1) eine Mehrzähl von hintereinanderliegenden, Hembrankissen (I9) enthaltenden Innengehäusen (8) angeordnet ist.

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'It Vöi^ich-fcUng nach Anspruch 6 dädur'ch gekennzeichnet, daß die Ihriehgehäuüe (δ) äri ihren stirnseitigeri Enden so ausgebildet sirtdj daß sie mufferiärtig ineinandergreifen köririerfi

O, Vorrichtung nach Anspruch 6 und 7 dadurch gekennzeichnet _t daß die VersteifUngs- und Führungsrippen (15) der Innengehaüse (Ö) an ihren Enden mit Rastaüsriehiriüngen (17) Versehen sind, in die zwei Inneng'ehäUGe (8) in axialer Richtung verbihderiüe Klammern (15) einlegbar sind.

9i Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, daß Unter dem Boden des Inriengehause-Unterteils (13) am Mittelbolzen (25) mit dessen Längsnut (?.S) in Verbindung stehende L^ oder T-fÖrmige Anschlußstücke (28) für Permeatabflußrohre (45) vorgesehen sind, v/elche die Membranstapel (19·) in den einzelnen Inriengehäusen (8) miteinander und/oder ]

rait dem Permeatauslaß (11) des am Außengehäuse (1) vorge- j sehenen Deckels (5) verbinden*

10. Vorrichtung nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, daß die Permeät-iÄbflüßrohre (457 unter Zwischenschaltung von Dichtungsringen (47j axial beweglich in die Anschluß-

S-fcU&ke (28) eingese-bz-fc sind Und durch den Drück deä ö.m

Bdderi (z) des AüßerigeMUses (i) zufließenden Rohwässer

stromes in ihrer äbdichtehden tage qe^dtteri werden.