DK166434B1 - Membranfiltreringsapparat - Google Patents

Description

i DK 166434 B1

Opfindelsen angår et apparat til adskillelse af en væske i to fraktioner ved membranfiltrering. Den væske, der skal behandles, skal i det følgende betegnes som fødevæske, den væske, som er trængt gennem membranerne, som permeat, og den væske, som ikke er trængt 5 gennem membranerne, som koncentrat.

Apparatet er af den art, der omfatter et antal adskilte, udskiftelige filtreringsenheder, hver bestående af en stabel af membraner, hvori der findes to adskilte systemer af strømningskanaler til at 10 lede væsker langs hver sin af overfladerne af hver membran, nemlig et første system for fødevæske eller koncentrat og et andet system for permeat.

Et apparat af denne art er kendt fra DE 3317517 C2. Dette kendte 15 apparat består af en rørformet trykbeholder, hvori der er anbragt en række af hosliggende filtreringsenheder i form af stabler med den ovenfor angivne opbygning.

Fødevæsken ti 11 edes ved den ene ende af den rørformede trykbeholder 20 og bringes til at strømme langs ydersiden af filtreringsenhederne hen mod trykbeholderens anden ende, hvor væskestrømmen drejes 180° og tvinges til at strømme tilbage mod trykbeholderens førstnævnte ende gennem det nævnte første system af strømningskanaler, idet væsken successivt passerer gennem rækken af filtreringsenheder.

25 Væsken udtages som koncentratfraktion ved samme ende, som tilledningen finder sted. Permeatet samles i rør, der er anbragt vinkelret på membranerne i hver filtreringsenhed, og enderne af disse rør er forbundet med en afgangsledning, der er anbragt parallelt med 30 trykbeholderens akse, og som tjener til bortledning af permeatfraktionen.

Ved anvendelse af det ovenfor beskrevne kendte apparat skal der i tilfælde af membranbrud foretages en fuldstændig adskillelse af 35 apparatet, hvilken operation er arbejds- og tidskrævende, idet det kræves, at alle filtreringsenheder udtages af trykbeholderen og undersøges.

Det kendte apparat er heller ikke velegnet i tilfælde, hvor der 2 DK 166434 B1 kræves en stor kapacitet.

Ved ultrafiltrering har man hidtil anvendt filtreringsmoduler med et o membranareaL på op til 60 m /modul. Der er imidlertid behov for - 5 specielt ved omdannelse af overfladevand til drikkevand - at anvende o moduler med et membranareal på op til 5000 m /modul. For at tilfredsstille dette behov må membranstørrelsen øges, og man har derfor ønsket at anvende membraner med et areal på op til 1 x 1 m og apparater omfattende et stort antal filtreringsenheder.

10

Dette er ikke praktisk muligt i et apparat af den ovenfor beskrevne art. Det kendte apparat gør det heller ikke muligt at kombinere en seriestrømning med en parallel strømning.

15 Formålet med opfindelsen er at eliminere eller reducere de ovenfor omtalte ulemper ved de kendte apparater.

Dette formål og andre formål, som vil fremgår af den efterfølgende beskrivelse, opnås med apparatet ifølge opfindelsen, hvilket apparat 20 er ejendommeligt ved, at det omfatter en samling af ved siden af hinanden anbragte og af mellemliggende plader adskilte kassetter, hvor hver kassette omfatter en kassetteramme og en filtreringsenhed af den beskrevne art, der er således anbragt i kassetterammen, at strømningskanalerne i det nævnte første system er åbne mod to frie 25 zoner i kassetterammen, medens strømningskanalerne i det nævnte andet system er åbne ved i det mindste den ene ende og kommunicerer med organer til separat bortledning af permeat fra hver filtreringsenhed, og at apparatet yderligere omfatter organer til tilførsel af fødevæske til en fri zone i det mindste i én kassetteramme, 30 organer til bortledning af koncentrat fra en fri zone i det mindste i én kassetteramme, idet der i fornødent omfang findes passageåbninger i de mellemliggende plader til tilvejebringelse af forbindelse mellem de frie zoner i de tilstødende kassetterammer, organer til understøtning af samlingen af kassetter og mellemliggende 35 plader, og organer til sammenspænding af denne samling på sådan måde, at kassetterammerne presses tætnende mod de mellemliggende plader, og til at løsne samlingen, således at en hvilken som helst udvalgt kassette kan fjernes individuelt.

3 DK 166434 B1

Ved overvågning af organerne til separat bortledning af permeat fra de enkelte filtreringsenheder og dermed de enkelte kassetter vil membrandefekter eller -brud hurtigt kunne lokaliseres. Membrandefekter eller -brud vil således typisk resultere i, at ubehandlet 5 eller kun delvis behandlet væske sammenblandes med permeat, og at sidstnævnte derved skifter farve.

I sådanne tilfælde vil defekter eller brud let kunne lokaliseres ved anvendelse af bortledningsorganer i form af gennemsigtige rør.

10

Efter lokalisering af en membrandefekt eller et membranbrud og efterfølgende standsning af tilledning af fødevæske kan apparatet let og hurtigt skilles ved, at man aflaster sammenspændingstrykket på samlingen af kassetter og mellemliggende plader og forskyder de 15 plader med tilhørende rammer, som grænser op til den kassette, hvori den defekte filtreringsenhed befinder sig, bort fra kassetten. Herefter kan der ske en frigørelse og udtagning af kassetten, hvorved den heri indeholdte defekte filtreringsenhed kan udskiftes med en ny, eller der kan indsættes en helt ny kassette.

20

Efter anbringelse af en kassette med en ny filtreringsenhed i apparatet påtrykkes sammenspændingstrykket påny, hvorefter apparatet vil være fuldt funktionsdygtigt.

25 Et væsentligt konstruktivt træk ved apparatet ifølge opfindelsen er, at dets tæthed sikres ved at presse kassetterne mod de hosliggende plader.

Ved en hensigtsmæssig udførelsesform for opfindelsen er hver mel-30 lemliggende plade forsynet med en forstærkningsramme, som løber langs med pladens periferi og står frem fra begge sider af pladen og har en sådan form og størrelse, at de fra pladen fremstående dele delvis overlapper den tilstødende kassetteramme og tjener som spændingsaflastende understøtning af denne, når den presses tætnende 35 mod den mellemliggende plade. Herved bliver kassetterne i stand til at modstå høje indre tryk.

Der kan anvendes rammer, der slutter tæt til ydersiden af kassetterne, men i praksis foretrækkes det, at der er et mellemrum mellem 4 DK 166434 B1 kassetternes yderside og inderside af forstærkningsrammen, og at der i dette mellemrum anbringes kiler.

Samlingen af kassetter og plader kan hensigtsmæssigt bæres af to 5 parallelle bærestænger, som er monteret i endeplader. Når der anvendes forstærkningsrammer, vil kun disse være understøttet direkte af stængerne.

Med fordel kan apparatet yderligere omfatte to stænger, som er 10 anbragt parallelt med bærestængerne og ligeledes er monteret i endepladerne, og alle fire stænger kan være hule og hver indeholde en spindel, der samvirker med en på ydersiden af den ene endeplade anbragt møtrik til fastspænding af endepladerne mod samlingen af kassetter og plader.

15

Fortrinsvis er hver møtrik fast forbundet med et kædehjul, og alle fire kædehjul er sammenkoblæet ved hjælp af en kæde, så at de kan drejes synkront ved hjælp af en fælles drivmotor.

20 Fortrinsvis er kassetterammerne rektangulært formet, og filtreringsenhederne er anbragt i den midterste del af kassetterammerne, medens de frie zoner er beliggende ved kassetterammernes ender.

Ved en hensigtsmæssig udførelsesform for apparatet ifølge opfindel-25 sen er der over hver filtreringsenhed anbragt et kammer til opsamling af permeat.

Hvorvidt de nævnte frie zoner udgør en tilgangszone til tilledning af fødevæske til filtreringsenheden eller en opsamlingsone for 30 koncentrat, afhænger af strømningsretningen i hver enkelt kassette.

Denne strømningsretning bestemmes af udformningen af de mellem kassetterne anbragte plader. Hvis der i alle plader er udformet passageåbninger ved begge ender, vil den til apparatet tilførte 35 væske fordele sig til alle frie zoner i tilførselssiden, og der vil fremkomme en parallel strømning i retning mod den modsatte side af apparatet. De frie zoner ved denne side af apparatet vil derfor tjene som en fælles opsamlingszone for koncentrat.

DK 166434 B1 5

Hvis skiftende plader har passageåbninger ved modsatte sider af apparatet, vil væske, som tilføres en zone ved den ene ende af apparatet, blive tvunget til at foretage en seriestrømning gennem samtlige filtreringsenheder, indtil den har nået den modsatte ende 5 af apparatet. I praksis foretrækkes det at anvende en kombineret parallel-/seriestrømning i hele apparatets længde eller i dele heraf.

I tilfælde af, at kun en del af apparatet ønskes anvendt til frak-10 tionering af en væske, placeres der en plade uden passageåbninger grænsende op til den sidste kassette i den del af apparatet, som ønskes udnyttet.

En plade uden huller anvendes ligeledes til afgrænsning af væske-15 strømmen ved apparatets ender.

Ved passende sammenstilling af kassetter med og uden organer til væsketilledning/opsamling af koncentrat samt passende anbringelse af mellemliggende plader uden huller, huller ved den ene ende eller 20 huller ved begge ender, kan der på enkel måde opnås strømningsmønstre, der opfylder vidt forskellige behov.

Opfindelsen skal herefter beskrives nærmere under henvisning til tegningen, hvor 25 fig. 1 viser et eksploderet billede af en foretrukket udførelsesform for apparatet ifølge opfindelsen, fig. 2 viser en anden udførelsesform for et apparat ifølge opfin-30 del sen, set fra enden, fig. 3 viser et tværsnitsbi Ilede efter linien III-III gennem apparatet ifølge fig. 2, 35 fig. 4 viser et eksploderet billede af en filtreringsenhed, der er egnet til brug i et apparat ifølge opfindelsen, fig. 5 viser en kassetteramme (uden filtreringsenhed) til brug i et apparat ifølge opfindelsen, 10 DK 166434 B1 6 fig. 6 viser et snit efter linien VI-VI i fi g - 5, fig. 7 viser et snit efter linien VII-VII i fig. 5, 5 fig. 8 viser en plade med forstærkningsramme til anvendelse ved et apparat ifølge opfindelsen, set fra siden, og fig. 9 viser et snit efter linien IX-IX i fig. 8.

10 Det i fig. 1 viste apparat omfatter fem kassetteramner 1, 2, 3, 4 og 5, der hver indeholder en centralt anbragt filtreringsenhed 6, som kun udfylder en del af kassetterammernes indre, hvorved der fremkommer frie zoner 7 og 8 ved modsatte ender af hver kassetteramme.

En kassetteramme med deri anbragt filtreringsenhed skal i det 15 følgende benævnes en kassette. På oversidne af hver kassette findes et afgangsrør 9 for permeat. Røret 9 står i forbindelse med et permeatopsamlingskammer, som vil blive beskrevet nærmere i det følgende. Mellem hosliggende kassetter er der anbragt plader 10, 11, 12 og 13, idet der langs periferien af hver plade findes en ramme 20 14, der strækker sig ud til begge sider af den pågældende plade.

Pladerne 10-13 understøttes af to stænger 16, som er lejret i endeplader 17 og 18 på et stativ 19.

25 Endepladerne er forbundet af to yderligere stænger 20. Stængerne 16, 20 er hule, og der er i stængerne anbragt spindeler 21, som er fastgjort i spindel fæster 22 på ydersiden af endepladen 18.

Når apparatet er samlet, er de gevindskårne ender af spindlerne 21 i 30 indgreb med møtrikker 23 monteret på ydersiden af endepladen 17. Møtrikkerne er forbundet med kædehjul 24, og alle fire kædehjul 24 kan drives synkront af en ikke vist motor.

Som det fremgår af fig. 1, er to af kassetterammerne, nemlig 1 og 5, 35 tilsluttet et tillednings-/udløbsrør 25 for fødevæske henholdsvis koncentrat. I pladerne 10-13 er der udformet passageåbninger 26, idet pladerne skiftevis har passageåbninger ved modsatte ender.

Det i fig. 2 og 3 viste apparat omfatter ligeledes et stativ 30, DK 166434 B1 7 hvorpå der er monteret to par hule stænger 31 og 32, som er lejret i endeplader 33 og 34. På stængerne 31 og 32 er der anbragt en samling af fire kassetterammer 35, 36, 37 og 38, idet der mellem kassetterammerne og området mellem endepladen 33 og kassetterammen 35 samt 5 mellem kassetterammen 38 og endepladen 34 er anbragt plader 39 med integralt forbundne forstærkningsrammer 40, idet hver ramme 40 på hver side af pladen 39 strækker sig et stykke uden for denne.

Kassetterammerne 35-38 er tætnet i forhold til pladerne 39 ved hjælp 10 af O-ringe 41. Hver kassetteramme indeholder en filtreringsenhed 42 i form af en stabel af membranpar og mellemliggende skilleelementer, idet stabelen for enderne er indesluttet mellem to endeplader 43 og på undersiden af en bundplade 44. Filtreringselementet har på oversiden et permeatopsamlingskammer 45 med et permeatudløb 46.

15 I mellemrummene mellem ydersiden af kassetterammerne og de dele af forstærkningsrammerne 40, som strækker sig ind over kassetterammerne, er der med passende mellemrum anbragt kiler 47, som hindrer, at kassetterammerne deformeres, når de sættes under store indre tryk.

20

De hule stænger 31 og 32 omfatter hver en spindel 48, som på ydersiden af endepladen 34 er fastgjort til denne ved hjælp af et spindelfæste 49. Den modsatte ende af spindelen 47 er gevindskåret og er omgivet af en møtrik 50, som er fastgjort til et kædehjul 51, 25 idet de fire kædehjul over en ikke vist kæde er forbundet med et ikke vist drivorgan. Med dette drivorgan kan endepladerne bevæges ind mod eller bort fra hinanden.

Den i fig. 4 viste filtreringsenhed omfatter en membranstabel 60 30 bestående af et stort antal parvis anbragte membraner, f.eks. i størrelsesordenen 100 eller mere. Mellem membranerne i hver par 62 er der anbragt et afstandselement i form af et net eller væv 63, som tjener til at holde membranerne i afstand fra hinanden, så at permeatet kan strømme langs membranerne til et permeatsamlekammer, 35 der skal beskrives nedenfor. Membranparrene holdes i afstand fra hinanden ved hjælp af afstandselementer i form af net eller væv 64, der er grovere end nettene eller vævene 63. Ved enderne af membranstabel en er der anbragt endeplader 65, som på stabelen 60's underside er forbundet med hinanden ved hjælp af en bundplade 66.

8 DK 166434 B1 På membranstabelen 60's sideflader er der anbragt støtteribber 67, hvis ender er fastgjort i slidser 68 ved endepladernes kanter.

Oversiden af fil treringsenheden dannes af en topplade 69, der sammen 5 med nedad rettede sidevægsdele 69a og endevægsdele 69b danner et permeatsamlekammer 70 ovenpå membranstabelen 60. I dette kammer findes tværgående støtteribber 71, i hvilke der foroven er udformet bueformede indskæringer 72, der tillader permeat, som samlet i kammeret, at strømme til et permeatudløb 73.

10

Den i fig. 4 illustrerede filtreringsenhed kan hensigtsmæssigt fremstilles på følgende måde: Den ene ende af hver støtteribbe 67 indsættes i den tilhørende randslidse 68 i en af endepladerne 65 og fastsvejses deri. Det krævede antal membranpar 62 med indskudte 15 afstandsorganer fremstilles ved at anbringe et net el le væv 63 mellem de to membraner i hvert par og lukke hvert par langs tre kanter ved hjælp af et klæbemiddel eller ved svejsning. De således fremstillede membranpar 62 stables derefter ovenpå hinanden på den nævnte endevæg 65 under indskydelse af afstandselementer 64 mellem 20 parrene. Den anden endeplade 65 lægges nu på stabelen og forbindes med støtteribberne 67 ved, at de frie ender af ribberne indføres i pladens randslidser 68 og fastsvejses i disse. Der indføres nu et støbemateriale eller bindemiddel i mellemrummene mellem membranparrene 62 fra toppen og bunden af den således fremstillede enhed ved, 25 at denne i henholdsvis omvendt og retvendt stilling anbringes i en støbekasse, der er delvis fyldt med støbematerialet. Dette trænger også op i afstandselementerne 64's mellemrum. Støbematerialet indføres indtil en afstand af f.eks. 40 mm fra henholdsvis den øvre og den nedre overflade af enheden.

30 Når støbematerialet er hærdet, fjernes støbekassen, og når både toppen og hunden er behandlet på denne måde, fastsvejses bundpladen 66 mellem de to endeplader 65. 1

Toppen af den således fremstillede enhed underkastes nu en spåntagende bearbejdning til fjernelse af materiale indtil en dybde, der er væsentligt mindre end den ovennævnte afstand, f.eks. 3 mm. Derved tilvejebringes en fri passage til strømningskanalerne mellem de to membraner i hvert par 62, uden at der tilvejebringes forbindelse med 9 DK 166434 B1 de strømningskanaler, der dannes af afstandselementerne 64 mellem efter hinanden følgende membranpar 62.

Til slut dannes permeatsamlekammeret ved, at toppladen 69 med 5 støtteribberne 71 og vægdelene 69a og 69b fastsvejses til enheden.

Kassetterammen, der er vist i fig. 5, 6 og 7, svarer til delene 35-38 i fig. 3 og omfatter fire plader, der danner rammesiderne, nemlig en bundplade 80, en topplade 81 og to sidestykker 82, 83. I 10 sidestykket 82 findes en åbning 84, hvorigennem kassetterammens indre står i forbindelse med et tilførsels-/udløbsrør 85, hvori der ligeledes er udformet en åbning 86.

Den viste kassetteramme har i toppladen 81 et permeatudløbsrør 87.

15 I kanterne af sidestykkerne 82 og 83 er der udformet spor 88 til indlægning af O-ringe.

Fig. 8 og 9 viser en rektangulær plade 121 svarende til delene 39 i 20 fig. 3, som langs sin periferi har en integral ramme 122, der på begge sider af pladen strækker sig et stykke fra fra denne og derved kommer til delvis at overlappe de hosliggende kassetterammer 80-83, når kassetterne og pladerne er samlet. I pladens højre side er der udformet en række gennemgående huller 123, der danner strømnings-25 passager mellem de frie zoner i hosliggende kassetterammer.

Når pladen 121 anvendes som endeplade i samlingen af kassetter og plader, er der ikke udformet huller heri. 1 35

Afhængig af, hvilket strømningsmønster, der ønskes tilvejebragt, kan pladen i stedet for kun at have huller i den ene ende have huller i begge ender.

Claims (9)

1. Apparat til adskillelse af en væske, i det følgende benævnt fødevæsken, i en permeatfraktion og en koncentratfraktion ved 5 membranfil trering, hvilket apparat omfatter et antal adskilte, udskiftelige filtreringsenheder (6,42), hver bestående af en stabel af et stort antal membraner (61), hvori der findes to adskilte systemer af strømningskanaler til at lede væsker langs hver sin af overfalderne af hver membran, nemlig et første system for fødevæske 10 eller koncentrat og et andet system for permeat, kendetegnet ved, at apparatet omfatter en samling af ved siden af hinanden anbragte og af mellemliggende plader (10-13,39) adskilte kassetter (1-5, 6, 35-38, 42), hvor hver kassette omfatter en kassetteramme (1-5, 35-38) og en filtreringsenhed (6,42)af den angivne 15 art, der er således anbragt i kassetterammen, at strømningskanalerne i det nævnte første system er åbne mod to frie zoner (7,8) i kassetterammen, medens strømningskanal erne i det nævnte andet system er åbne ved i det mindste den ene ende og kommunicerer med organer (9,87) til separat bortledning af permeat fra hver filtreringsenhed, 20 og at apparatet yderligere omfatter organer (25,85) til tilførsel af fødevæske til en fri zone (7,8) i det mindste i én kassetteramme (1-5, 35-38), organer (25,85) til bortledning af koncentrat fra en fri zone i det mindste i én kassetteramme, idet der i fornødent omfang findes passageåbninger (26,123) i de mellemliggende plader 25 (10-13, 39, 121) til tilvejebringelse af forbindelse mellem de frie zoner (7,8) i de tilstødende kassetterammer (1-5, 35-38), organer (16-31) til understøtning af samlingen af kassetter og mellemlig gende plader, og organer (21-24) til sammenspænding af denne samling på sådan måde, at kassetterammerne presses tætnende mod de mellem-30 liggende plader, og til at løsne samlingen, således at en hvilken som helst udvalgt kassette kan fjernes individuelt.

2. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at hver mellemliggende plade (10-13, 39, 121) er forsynet med en forstærk- 35 ningsramme, som løber langs med pladens periferi og står frem fra begge sider af pladen og har en sådan form og størrelse, at de fra pladen fremstående dele delvis overlapper den tilstødende kassetteramme (1-5, 35-38) og tjener som spændingsaflastende understøtning af denne, når den presses tætnende mod den mellemliggende plade DK 166434 B1 11 (10-13, 39, 121).

3. Apparat ifølge krav 2, kendetegnet ved, at der til apparatet hører kiler (47) til indskydelse i mellemrummet mellem 5 kassetterammernes ydersider og forstærkningsrammernes indersider.

4. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at samlingen af kassetter (1-5, 6, 35-38, 42) og plader (10-13, 39, 121) bæres af to parallelle bærestænger (16,31), som er monteret i endeplader 10 (17-18, 33-34).

5. Apparat ifølge krav 4, kendetegnet ved, at det yderligere omfatter to stænger (20,32), som er anbragt parallelt med bærestængerne (16,31) og ligeledes er monteret i endepladerne, og at 15 alle fire stænger er hule og hver indeholder en spindel (21, 47), der samvirker med en på ydersiden af den ene endeplade (17-18, 33-34) anbragt møtrik (23,49) til fastspænding af endepladerne (17-18, 33-34) mod samlingen af kassetter (1-5, 6, 35-38, 42) og pladerne (10-13, 39, 121). 20

6. Apparat ifølge krav 5, kendetegnet ved, at hver møtrik (23, 49) er fast forbundet med et kædehjul (24, 51).

7. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at kassette-25 rammerne (1-5, 35-38) er rektangulært formet, og at filtreringsenhederne (6, 42) er anbragt i den midterste del af kassetterammerne, medens de frie zoner (7,8) er beliggende ved kassetterammernes ender.

8. Apparat ifølge krav 7, kendetegnet ved, at der over hver filtreringsenhed er anbragt et kammer (70) til opsamling af permeat.

9. Apparat ifølge krav 1, kendetegnet ved, at i det 35 mindste nogle af pladerne (10-13, 39, 121) har passageåbninger (26, 123. ved den ene ende af pladerne. 1 2 Apparat ifølge krav 9, kendetegnet ved, at nogle af 2 pladerne har passageåbninger (26, 123) ved begge ender af pladerne.