EP4719646A1

EP4719646A1 - Verfahren zum reinigen eines filters

Info

Publication number: EP4719646A1
Application number: EP24731838.9A
Authority: EP
Inventors: Gerhard Wiesen; Sebastian-Johannes Armbrust; Wolfgang Wehmeyer
Original assignee: Fresenius Medical Care Deutschland GmbH
Current assignee: Fresenius Medical Care Deutschland GmbH
Priority date: 2023-06-02
Filing date: 2024-06-03
Publication date: 2026-04-08
Also published as: WO2024246366A1; DE102023114632A1; CN121219063A

Abstract

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Reinigen von Filtern (10) mit einem Filtergehäuse (11), wobei der Filter (10) zwei gegenüberliegenden Eingangsanschlüsse (12a, 12b), zumindest einen Ausgangsanschluss (14a) und zumindest eine Membran (24) aufweist, wobei der Ausgangsanschluss (14a) durch die zumindest eine Membran (24) von den Eingangsanschlüssen (12a, 12b) getrennt ist und wobei die Membran (24) ein die beiden Eingangsanschlüsse (12a, 12b) miteinander verbindendes Lumen (25) aufweist, die einen inneren Durchmesser von 180-600µm und eine Länge von 50 bis 200 cm hat, umfasst die Schritte: - Sperren des Ausgangsanschlusses (14a); - Einbringen von Fluid, insbesondere Rohfluid, in einen ersten Eingangsanschluss (12a); - Öffnen des zweiten Eingangsanschlusses (12b) zum Ausbringen des Fluids.

Description

Verfahren zum Reinigen eines Filters

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Rückspülen und Reinigen von Filtern, insbesondere Industriefiltern.

Stand der Technik

Ultrafilter für die Wasserfiltration müssen regelmäßig ausgewaschen werden, um die Filtrationskapazität wiederherzustellen. Üblicherweise wird dafür der Filter einer Rückspülung unterzogen, bei der das Wasser auf der Reinseite des Filters eingebracht und durch den Filter auf die Rohwasserseite gebracht wird, so dass die gefilterten Partikel aus dem Filter gewaschen werden. Das für diesen Rückspülprozess verwendete Wasser muss daher frei von Verunreinigungen sein, um zu vermeiden, die Reinseite des Filters zu verschmutzen. Dieses verunreinigungsfreie Wasser für die Rückspülung kommt typischerweise aus einem separaten Behälter oder einem zweiten Ultrafilter, der parallel zu dem ersten Ultrafilter läuft. Im Rückspülmodus wird das Rohwasser vom zweiten Ultrafilter gefiltert und dann zum Ausgang vom zu reinigenden Ultrafilter geleitet. Von dort fließt dieses saubere Wasser durch die Membran des zu reinigenden Ultrafilters zur Zufuhrseite und spült Partikel aus der Membran und über den Zufuhrseiteneingang in einen Abfluss. Nachdem dieser Ultrafilter gereinigt wurde, kann der Prozess umgekehrt werden und der zweite Ultrafilter mit dem ersten Ultrafilter gereinigt werden. Eine solches zwei-Filter-System ist eine endlose Quelle sauberen Wassers für die Rückspülung. Ferner spült der Flüssigkeitsstrom durch die Membranstruktur die Partikel aus den Poren der Membran wegspülen.

Für dieses Vorgehen sind jedoch immer mindestens zwei miteinander verbindbare Ultrafilter notwendig, oder ein mit dem Ultrafilter verbindbarer Behälter, der mit gefiltertem Wasser gefüllt ist. Ein zwei-Filter-System ist daher erheblich kostenintensiv und es gibt für das Rückspülwasser einen hohen Widerstand, um den Kern des Membranbündels zu erreichen. Das kann zu einer unausgewogenen Reinigung der Fasern führen. Zudem ist es möglich, dass Teile des Membranbündels durch den hohen aufzuwendenden Druck leichter geschädigt werden können.

Darstellung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem ein Ultrafilter auf einfache Weise ohne Hilfe eines anderen Filters oder eines mit gefiltertem Wasser gefüllten Behälters gereinigt werden kann und mit dem insbesondere eine hohe Gleichmäßigkeit der Reinigung bis in den Kern des Membranbündels erreicht wird.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren nach Anspruch 1 . Weitere, die Erfindung ausgestaltende Merkmale sind in den Unteransprüchen enthalten.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Rückspülen und Reinigen von Filtern mit einem Filtergehäuse, wobei der Filter zwei gegenüberliegenden Eingangsanschlüsse, zumindest einen Ausgangsanschluss und zumindest eine Membran aufweist, wobei der Ausgangsanschluss durch die zumindest eine Membran von den Eingangsanschlüssen getrennt ist und wobei die Membran ein, insbesondere zylinderförmiges, die beiden Eingangsanschlüsse miteinander verbindendes Lumen aufweist, die einen inneren Durchmesser von 180-600pm, insbesondere mindestens 200pm, insbesondere 230, bis höchstens 400 pm bzw. 300 pm, und eine Länge von mindestens 50 cm, vorzugsweise 70 cm oder 100 cm, und höchstens 200 cm, insbesondere 150 cm oder 120 cm, aufweisen, umfassend die Schritte Sperren des Ausgangsanschlusses, Einbringen von Fluid, insbesondere Rohfluid, in einen ersten Eingangsanschluss und Öffnen des zweiten Eingangsanschlusses zum Ausbringen des Fluids. Durch das Sperren der Ausgangsanschlüsse und der Ausgestaltung der Membran wird es ermöglicht, dass die Membran das Wasser mit der sie gereinigt wird, zuerst im Bereich des Flusseintrittes zunächst selbst filtert. Dieses Filtrat wird dann im Bereich des Flussautrittes durch Rückspülung wieder ins Lumen der Membran zurückgeführt, was den Reinigungsvorgang ausmacht. Dadurch wird eine einfache Möglichkeit bereitgestellt, einen einzelnen Ultrafilter zu reinigen, ohne weitere Filter oder Hilfseinrichtungen zu benötigen, die gereinigtes Wasser bereitstellen. So ermöglicht die Ultrafilter Rückspülung für einen Einzelfilter den Aufbau von Systemen mit minimaler hydraulischer Komplexität. So ist dieses Verfahren sehr kostengünstig und in der Lage, zwischen zwei Rückspülvorgängen sauberes Wasser zu produzieren. Ferner kann mit einem zwei-Filter-System ein kontinuierlicher Durchfluss rund um die Uhr erreicht werden und sogar mit Unterbrechungen betrieben werden, falls ein Ultrafilter defekt ist. Außerdem hat ein defekter Filter keine Rückwirkung auf den intakten Filter und verschmutzt die saubere Seite nicht mit Biomaterial oder anderem Schmutz.

Nach dem Ausbringen des Fluids wird in einer Ausführungsform der zweite Eingangsanschluss zum Einbringen des Fluids verwendet wird und das Fluid durch den ersten Eingangsanschluss ausgebracht. Dadurch kann sichergestellt werden, dass beide Endbereiche der Membran und auch die gesamte Länge besonders gleichmäßig gespült und gereinigt werden. Ferner sind die Eingangsanschlüsse bevorzugt übereinander angeordnet, insbesondere zueinander ausgerichtet und bevorzugt koaxial angeordnet, und bevorzugt das Rückspülen zuerst von unten nach oben und dann umgekehrt erfolgt. Dadurch kann beim zweiten Rückspülen die Schwerkraft die Druckdifferenz des Reinigungsfluids erhöhen, wodurch die Reinigung effektiver wird.

Vorzugsweise wird nach dem Rückspülen das Einbringen des Fluids gestoppt und für eine Gasspülung Luft oder Gas durch einen Eingangsanschluss und/oder den Ausgangsanschluss eingebracht. Dadurch wird die Reinigungsflüssigkeit und auch Verunreinigungsrückstände, die bei der Rückspülung beispielsweise aus den Poren nicht entfernt wurden, zuverlässig entfernt, was insbesondere bei Einbringung des Gases durch den Ausgangsanschluss gewährleistet wird. Die Einbringung des Gases durch den Eingangsanschluss ist vorteilhaft, wenn Verunreinigungsbestandteile durch Scherung entfernt werden sollen, die auf der Innenoberfläche des Membranlumens festgehalten werden. Bei dieser Luftspülung kommt ebenfalls der Vorteil des Druckunterschieds der verwendeten Ultrafilter zum Tragen und sorgt für eine gründliche Reinigung der Membran. Ferner kann das Gas in den Ausgangsanschluss eingebracht werden und ein Eingangsanschluss gesperrt und einer offen sein. So können gezielt bestimmte Teile der Membran mit Gas noch zusätzlich gereinigt werden. In einer weiteren Ausführungsform können gleichzeitig zum Ausgangsanschluss durch den oberen oder unteren Eingangsanschluss Luft eingebracht werden wird und der andere Eingangsanschluss dient als Ablauf. Dadurch wird sichergestellt, dass besonders der in Längserstreckung des Membranbündels mittige Bereich noch zusätzlich einer besonders gründlichen Reinigung unterzogen wird.

Als ein weiterer Schritt kann ein Eingangsanschluss zur Umgebung geöffnet werden und der andere Eingangsanschluss, insbesondere der untere Eingangsanschluss, als Ablauf dienen. Damit wird das gesamte Fluid aus dem Filter entfernt und der Reinigungsvorgang beendet werden, so dass der Filtriervorgang wieder beginnen kann. Zusätzlich kann bei der Entleerung wieder Luft in den Ausgangsanschluss eingebracht werden, um so den Entleerungsvorgang zu unterstützen und restliche Verunreinigungen zu entfernen.

Während des Verfahrens kann vorzugsweise ein Integritätstest vorgenommen werden, insbesondere nach der ersten Luftspülung, um die Funktion des Filters zu testen und sicherzustellen, dass der Filter optimal einsatzfähig ist.

Kurze Beschreibung der Figuren Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Filters für das erfindungsgemäße Verfahren;

Figur 2 zeigt eine vergrößerte nicht maßstabsgetreue Darstellung einer Faser mit Membran;

Figur 3a-f zeigen verschiedene Stadien des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

In Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Filters 10, mit dem das erfindungsgemäße Verfahren durchführbar ist. Dieser Filter 10 weist ein Filtergehäuse 11 zumindest zwei Eingangsanschlüsse 12a, 12b auf, in die im Normalbetrieb Rohwasser eingeleitet wird. Dieses Rohwasser fließt dann durch die Filtereinrichtung 20 zu zumindest einem Ausgangsanschluss 14a. Bevorzugt sind aber zwei oder mehr Ausgangsanschlüsse 14a, 14b vorgesehen. Die Eingangsanschlüsse 12a, 12b sind hier übereinander und insbesondere auf gegenüberliegenden Seiten bzw. konzentrisch angeordnet.

Die Filtereinrichtung 20 weist eine Vielzahl von Fasern 22 auf, die jeweils eine Membran 24 umfassen. Die Fasern 22 erstrecken sich entlang der Filterlängsachse und sind am oberen und unteren Ende in einer Haltevorrichtung 21 eingespannt, die die Fasern in dem Filter 10 befestigt. Die Haltevorrichtungen ist porös ausgebildet, so dass das Rohwasser ungehindert in die Membran 24 einfließen kann. Die Membran 24 ist vorzugsweise zylinderförmig ausgebildet und schließt ein Lumen 25 (Hohlraum) ein, das sich zwischen den Eingangsanschlüssen 12a, 12b erstreckt und die Eingangsanschlüsse 12a, 12b miteinander verbindet.

In Figur 2 ist eine nicht maßstabsgetreue Vergrößerung der Membran 24 und des Lumens 25 gezeigt. Das Lumen 25 hat einen inneren Durchmesser von 180 bis 600pm oder die vorhergehend genannten Mindest- und Höchstmaße. Der im Vergleich zu herkömmlichen Fasern sehr schmale Durchmesser des Lumens sorgt dafür, dass das Rohwasser, dass durch die Eingangsanschlüsse in den Filter einfließt, in diesem Lumen gebremst wird. Dies ist für das nachfolgend erläuterte Verfahren wichtig und führt zu einem unerwarteten Effekt, dass das Rückspülen als Einzelfilter ermöglicht. Durchmesser Die Länge des Lumens, also die Längserstreckung, liegt zwischen 50 und 200 cm, insbesondere zwischen 70 und 150 cm, weiter insbesondere zwischen 70 und 120 cm.

Im Normalbetrieb fließt Rohwasser in die Eingangsanschlüsse 12a, 12b. Von dort tritt es über die Poren in der Haltevorrichtung 21 in die das Lumen der Fasern ein und wird beim durchtreten der Membran 24 auf die Filtratseite gefiltert und zu dann aus den Ausgangsanschlüssen 14a, 14b gefördert. In den Figuren 3a bis 3f sind verschiedene Schritte des Verfahrens gezeigt, wobei der Filter nur schematisch dargestellt ist. In Figur 3a ist der erste Schritt gezeigt, in dem die Ausgangsanschlüsse 14a, 14b gesperrt werden, so dass dort kein gefiltertes Wasser mehr austreten kann. Dann wird durch einen Eingangsanschluss, hier der untere Anschluss 12b, Rohwasser in den Filter 10 eingefüllt Dadurch füllt sich die Filtratseite mit gefiltertem Wasser, das aber nicht abfließen kann. Durch den Strömungswiderstand in Längsrichtung in dem Lumen 25 entsteht ein Druckabfall. In Figur 3a ist der Druck an der Oberseite des Lumens 25 (also an der Seite des Eingangsanschlusses 12a) geringer als auf der Unterseite, an der das Rohwasser in den Filter 10 gepumpt wird. Zusätzlich drängt das Wasser unten auf die Filtratseite der Membran 24, so dass auf der Oberseite das gefilterte Wasser durch die Membran wieder auf die Rohwasserseite fließen muss und so die Verschmutzungen in den Poren der Membran entfernt und diese reinigt. Das Faserbündel wird daher nur durch Längsscherkräfte und reduzierte Strömung gereinigt. Prinzipiell kann die Filtereinrichtung 20 mit diesem Vorgehen zumindest teilweise gereinigt werden.

In Figur 3b ist der bevorzugte Schritt gezeigt, in dem dann die Strömungsrichtung umgekehrt wird. Durch die Umkehr der Strömungsrichtung wird der gegenüberliegende Teil (hier der untere) des Faserbündels durch Rückfiltration in gleicher Weise gereinigt. Da das Wasser in alle Fasern parallel eindringt, herrschen an den inneren Fasern des Faserbündels gleichartige Strömungsbedingungen wie an den äußeren Fasern, so dass im Wesentlichen alle Fasern gleichmäßig gereinigt werden. Zwar werden die oberen und unteren Enden der Fasern besser gereinigt als die Mitte, aber die Umkehrung der Rückspülung sorgt dafür, dass dieser Effekt verringert wird, d.h. dass die Fasern entlang der gesamten Faser eine gewisse Rückspülung erfahren.

In Figur 3c ist die bevorzugte Luftreinigung dargestellt. An den oberen Eingangsanschluss 12a wird ein anderes Medium wie Gas oder Luft angeschlossen dort eingebracht. Mittels Umgebungsdruck, Schwerkraft und/oder mit Druck beaufschlagtem Gas oder Luft wird die Flüssigkeit aus dem Lumen geleert, zum anderen Eingangsanschluss 12b gefördert. Dort wird die Reinigungsflüssigkeit dann in einen Abfluss entsorgt. Die Phasengrenze zwischen Flüssigkeit und Gas erhöht die Scherspannung auf der Innenfläche der Membran und hilft die Verunreinigungen zum Abfluss zu transportieren. Auch die Gasreinigung tritt gleichmäßig an den inneren und äußeren Fasern auf. Dieser Vorgang kann im Hinblick auf die Eingangsanschlüsse 12a, 12b umgekehrt werden.

In den Figuren 3d-f sind dann weitere Möglichkeiten der Gasreinigung gezeigt. In Figur 3d wird der unterer Eingangsanschluss 12b geschlossen und Luft über einen oder mehrere Ausgangsanschlüsse 14a, 14b eingebracht. Zusätzlich zu den Ausgangsanschlüssen kann auch der untere Eingangsanschluss 12b wieder an einen Gasanschluss angeschlossen werden (Figur 3e). Auch dieser Vorgang kann für die Eingangsanschlüsse 12a, 12b umgekehrt werden.

Bei den Ausgangsanschlüssen macht es für die Reinigung keinen Unterschied welche Ausgangsanschlüsse 14a, 14b mit Gas beaufschlagt werden. Bei mehreren Ausgangsanschlüsse 14a, 14b gleichzeitig kann allerdings die Gaszufuhr erhöht werden. Im Gegensatz dazu macht es bei den Eingangsanschlüssen 12a, 12b einen Unterschied, wann und in welcher Weise der obere oder untere Eingangsanschluss 12a, 12b mit Gas oder Rohwasser befüllt wird oder ob er zur Umgebung oder zu einem Abfluss hin geöffnet wird.

Wenn die Reinigung über der Oberseite durchgeführt wird, erzeugt das rückgewaschene Volumen entlang der gesamten Länge Scherkräfte in Längsrichtung Faserlänge und transportiert die Schmutzpartikel aus dem Filter. Durch die Zugabe von Luft in das Lumen von unten entstehen turbulente Phasengrenzen zwischen Flüssigkeit und Luft, die die Reinigungswirkung dieser Aufwärtsspülung unterstützen.

Wenn der Abfluss nach unten geöffnet und der Eingangsanschluss oben geschlossen ist, stagniert das Wasser auf der oberen Eingangsseite und verbleibt dort im Filter. Dann kann es sein, dass die Filtratseite vollständig entleert und die Eingangsseite noch gefüllt ist. Wenn die Eingangsseite auch entleert werden soll, muss der entsprechende Eingangsanschluss 12a, 12b zur Umgebung hin geöffnet werden.

Ferner kann während des Rückspülvorgangs oder der Gasreinigung ein Integritätstest durchgeführt werden, um Beschädigungen an den Fasern und Membranen zu entdecken.

Die effektive und effiziente Rückgewinnung der Filterkapazität hängt stark von der Art der Verunreinigungen im Rohwasser ab. Grundsätzlich können die Verfahrensschritte auch einzeln ausgeführt werden, bevorzugt ist es jedoch die verschiedenen Verfahrensschritte sowie den anfänglichen Füllprozess in Kombination und/oder wiederholt zu nutzen, so dass alle Anforderungen im Hinblick auf Filterlebensdauer, Zeit und verbrauchtes Wasser erreicht werden.

Ein mögliches Reinigungsverfahren kann beispielsweise folgendermaßen aufgebaut sein:

Schritt 1 : Von unten nach oben spülen; Schritt 2: Von oben nach unten spülen; Schritt 3: Luftspülung; Schritt 4: Integritätstest; Schritt 5: Entleeren des Filtrats nach oben mit Luft von unten; Schritt 6: Luftspülung; Schritt 7: Filterfüllung.

Bezugszeichenliste: Filter

Filtergehäuse a, 12b Eingangsanschlüssea, 14b Ausgangsanschlüsse Filtereinrichtung Haltevorrichtung Faser

Membran

Lumen

Claims

Patentansprüche

1 . Verfahren zum Reinigen von Filtern (10) mit einem Filtergehäuse (11 ), wobei der Filter (10) zwei gegenüberliegenden Eingangsanschlüsse (12a, 12b), zumindest einen Ausgangsanschluss (14a) und zumindest eine Membran (24) aufweist, wobei der Ausgangsanschluss (14a) durch die zumindest eine Membran (24) von den Eingangsanschlüssen (12a, 12b) getrennt ist und wobei die Membran (24) ein die beiden Eingangsanschlüsse (12a, 12b) miteinander verbindendes Lumen (25) aufweist, die einen inneren Durchmesser von 180-600pm und eine Länge von 50 bis 200 cm hat, umfassend die Schritte:

- Sperren des Ausgangsanschlusses (14a);

- Einbringen von Fluid, insbesondere Rohfluid, in einen ersten Eingangsanschluss (12a);

- Öffnen des zweiten Eingangsanschlusses (12b) zum Ausbringen des Fluids.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem nach dem Ausbringen des Fluids der zweite Eingangsanschluss (12b) zum Einbringen des Fluids verwendet wird und das Fluid durch den ersten Eingangsanschluss (12a) ausgebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Eingangsanschlüsse (12a, 12b) übereinander angeordnet sind und vorzugsweise das Rückspülen zuerst von unten nach oben und dann umgekehrt erfolgt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Einbringen des Fluids gestoppt wird und für eine Gasspülung Gas durch einen Eingangsanschluss (12a, 12b) und/oder Ausgangsanschluss (14a, 14b) eingebracht wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Gas in den Ausgangsanschluss (14a, 14b) eingebracht wird und ein Eingangsanschluss (12a, 12b) gesperrt und einer offen ist.

6. Verfahren nach Anspruch 3 und 4, bei dem gleichzeitig zum Ausgangsanschluss durch den oberen oder unteren Eingangsanschluss (12a, 12b) Gas eingebracht wird und der andere als Ablauf dient.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem als letzter Schritt ein Eingangsanschluss (12a, 12b) zur Umgebung geöffnet wird und der andere Eingangsanschluss, (12a, 12b) als Ablauf dient.

8. Verfahren nach allen vorherigen Ansprüchen, wobei während des Verfahrens ein Integritätstest vorgenommen wird.