HU221925B1 - Üreges szálakat tartalmazó elrendezés, gázöblítéses szerelvény és ilyet tartalmazó rendszer, valamint eljárás a szálak felületének üzemeltetés közbeni tisztántartására - Google Patents

Abstract

A találmány tárgya eljárás, rendszer, szerelvény (40) és elrendezésszálak (42) felületének üzemeltetés, permeátum kivonása közbenitisztán tartására. Az üreges szálak (42) egymástól kis távköznyirefoglalatokba (41, 41') vannak rögzítve, és hosszúságuk nagyobb, mint afoglalatok (41, 41') közötti távolság. Folyékony közegbe merítve aszálak (42) szabadon úsznak és lengnek, és az általuk képzettszálköteg felülről domború parabolikus alakot vesz fel. A teljesszálköteg a közeg szintje alá van merítve. A rendszer kialakításáhozaz ilyen szerelvények (40) gázelosztó szerkezettel (50) vannaktársítva, amelyek a (42) szálak ívén belül és alatta helyezkednek el.A kezelendő közeg mennyiségétől függően egy vagy több, adott esetbentelepben elrendezett és akár egymás fölött levő szerelvény (40) isalkalmazható. Az eljárás során a gázöblítéses szerelvényen (40) átgázt, előnyösen oxigéntartalmú gázt vagy levegőt buborékoltatnak aszálakra, (42) és a buborékok a szálakat (42) lényegében teljeshosszuk mentén folyamatosan öblítik. A szálakat (42) körülvevő közegnincs szorosan körülzárva például egy modul héjával, és így benne aszálak (42) úszás közben képesek szabadon lengeni. Az öblítést végzőbuborékok végigverik a szálakat (42), és lényegében feltapadóüledékektől mentesen tartják. ŕ

Description

A találmány tárgya üreges szálakat tartalmazó elrendezés, gázöblítéses szerelvény és ilyet tartalmazó rendszer, valamint eljárás a szálak felületének üzemeltetés közbeni tisztán tartására.

Találmányunk az 1992. március 3-án 07/845,168 sorszám alatt benyújtott és függőben levő bejelentésünk részben folytatólagos bejelentése, amely viszont az 1990. augusztus 17-én 07/569,405 bejelentéssel összefüggő bejelentés, amelyre US 5,104,535 számon 1992. április 14-én szabadalmat adtak.

Az eredeti ’405 bejelentésünk tárgya keret nélküli üreges szálakat tartalmazó elrendezés volt, amely elrendezés a szálak végső részeinek beágyazása nélkül volt kialakítva. A jelen bejelentésben a rövidség kedvéért alkalmazott „szál” megnevezés jelentése ugyanaz, mint az eredetiben, és jelentése „üreges szálas membrán”, az „elrendezés” elnevezést egyetlen síkban, egymástól távköznyire elrendezett több szálból képzett réteg megjelölésével használjuk. A szálakat végső szakaszaik közelében egy pár szemben fekvő és azonos kialakítású hasított hevederes foglalat tartotta, amelyek egymáshoz képest bármely irányban elmozdíthatok voltak. A foglalatok hornyokkal voltak ellátva, amelyekbe a szálak végét rögzítették. Ezekre .hasított heveder” foglalatokként hivatkoztunk, mivel ezen foglalatokat végül is „csiptetőssel” lehetett egymáshoz erősíteni (akárcsak egy fegyverhez való tölténytár esetében) valamilyen formában, mielőtt az elrendezéseket összeszerelve használatba lehetett venni.

A megelőző Ί68 bejelentés kifejezetten egy olyan szerelvényre vonatkozott, amely határaik mentén utólagos beültetéssel tömítetten egymáshoz erősített keret nélküli elrendezéseket tartalmazott, amely modul héjában alkalmazható patront alkotott, és a patront ugyanolyan módon lehet használni, mint a technika állásából ismert modulokban használt cellaszerelvényt. A „cella” elnevezés egy kereten belül elhelyezett ismert szálas szerelvényt jelöl. Az „elrendezés” elnevezést a ’l68 bejelentésben ugyanolyan szűk értelemben használtuk, mint az ’535 szabadalomban, és ezzel emeltük ki, hogy a szálaknak nem volt semmilyen szilárd tartószerkezete, eltekintve az egymástól távköznyire elhelyezett foglalatoktól, amelyek rögzítették a szálak végeit, vagyis más szavakkal a foglalatok között a szálak alátámasztás nélküli elrendezésben helyezkedtek el, amint ezt az ’535 szabadalom ismerteti, vagyis „keret nélküli” elrendezésben. Szálakat tartalmazó elrendezés helyezésére - akár a Ί68 megelőző vagy az ’535 szabadalom szerinti keret nélküli elrendezést felhasználva azon alapszik, hogy az elrendezésekből alakított szerelvény előállítja a szálakban a szükséges kismértékű feszültséget, annak érdekében, hogy megfelelő helyzetben tartsa azokat. Ez a feszültség a szálakból képzett réteghez hasonló és egymást követő elrendezésben levő szerelvényeket elrendezésekből álló szerelvényben tartja, és mindegyik rétegben a szálak vonal mentén távköznyire helyezkednek el olyan síkban, amely tartalmazza a szálak végeinek mindkét készletét egyetlen elrendezésben. Egyetlen „modul” több utólag befoglalt patron felhasználásával készült, amely patronok működőén voltak elhelyezve a modul héjában.

Mivel minden egyes elrendezésben a szálak szélsőséges áramlási körülmények közé kerültek a héjon belül, ezért a korábbi megoldásainkban alkalmazott szálak viszonylag rövidek voltak, és hosszúságuk 0,05-0,5 m tartományban volt.

A problémát a korábbi találmányaink szerinti modulok üzemeltetésének költsége jelentette, amely viszonylag nagy volt, igen nagy rendszerekben való felhasználás esetén, ahol a kivont permeátum egységnyi térfogatára eső költséget a lehető legkisebb értéken kellett tartani. Ezen problémát kiküszöbölő hatásos megoldás keresése során továbbfejlesztettük a keret nélküli elrendezésre vonatkozó elgondolást, és köréje meglepően hatásos rendszert építettünk fel.

Ez a helyzet adott indíttatást arra, hogy ragaszkodjunk az elrendezéshez, és hagyjuk el a modult. Korábbi megoldásainkban főként arra támaszkodtunk, hogy növeljük a membránt tartalmazó ,,modul” hatékonyságát, és hogy elkerüljük az egyes elrendezésekben levő szálak végeinek közvetlen befoglalásával és a befoglalt szálak végeinek tiszta elmetszésével kapcsolatos problémákat. Szándékosan alakítottuk ki úgy az elrendezéseket, hogy azokat patronba lehessen szereim, amelyekből néhányat „összeállítva” csomagot képeztünk, amely egy modul héjában használható. Ezen műszaki elgondolás szerint ésszerűtlennek tűnt a különálló elrendezések szerelvényének nélkülözése, de ugyanígy ésszerűtlennek tűnt a modul héjának elhagyása is. Mindazonáltal mégis elhagytuk mindkettőt.

Mivel a korábbi megoldásaink mindkét követelményétől, nevezetesen a különálló elrendezéseknek csomagba vagy patronba való szerelésétől, továbbá modul használatától eltekintettünk, utólag tekintve hirtelen világossá vált ezen intézkedés (mindkét jellemző elhagyása) hatékonysága és egyszerűsége.

Első pillantásra nyilvánvalóvá vált, hogy egy modul üzemeltetéséhez szükséges mindkét lényeges előfeltétel - nevezetesen a „közeg” (amit „többkomponensű betáplált folyadék” elnevezéssel is illetünk) gyors áramlási sebessége, valamint a nagy nyomás, amivel azt a modulba bejuttatjuk - előnyeinek elhagyása nem eredményezheti a probléma megoldását. A nagy sebesség a szálak felületét tisztán tartotta, és a nagy nyomás tartotta fenn az erős áramlást. A „többkomponensű betáplált folyadék” elnevezés alatt értjük például a tisztítandó vagy koncentrálandó gyümölcsleveket, szemcsés anyagokat tartalmazó vizet, fehéqetartalmú folyékony tejipari termékeket, mint a sajt savóját és hasonlókat. A „szemcsés anyag” elnevezés alatt mikronméretű (1 és kb. 44 pm) és mikronnál kisebb (kb. 0,1 és 1 pm közötti) méretű szűrhető szemcsés anyagot értünk, amely nemcsak szemcsés szervetlen anyagot, amely biológiailag aktív, elpusztult és élő mikroorganizmusokat, kolloid diszperziókat, nagy szerves molekulák, például fulvinsav és huminsav oldatait és olajemulziókat tartalmazhat.

Ezen túlmenően a viszonylagosan nem turbulens és légköri nyomás alatt álló közegben levő,„modul nélküli” és keret nélküli elrendezés működtetésére vonatkozó folyadékdinamikai problémák súlyosabbá váltak, mivel a szálak várhatóan ki vannak téve az élő mikroorga2

HU 221 925 Β1 nizmusoknak és kis élettelen szemcsés anyagnak, és mindkettő ismert módon gyorsan lerakódik minden olyan felületre, amely érintkezésben van az ezeket tartalmazó közeggel.

A most megvilágítandó okok miatt ezeket a problémákat keret nélküli elrendezések felhasználásával oldottuk meg, amelyeket a száltisztító gáz (amire „öblítőgáz” elnevezéssel is hivatkozunk) buborékaival úsztatva helyezünk el a közegben. Mindegyik elrendezés rendezetlen vagy rendezett szálkötegben nagyon hosszú szálakat, majdnem mindig 0,5 m-nél hosszabb és gyakran akár 8 m vagy ennél nagyobb hosszúságú szálakat tartalmaz, amelyek egy pár egymástól távköznyire elrendezett „foglalatban” vannak rögzítve. A technika állása szerint elfogadott szemlélet alapján az ilyen hosszú szálak igen nagymértékben sérülékenyek, és minél hosszabb a szál, annál nagyobb a sérülésre való hajlam. Ez az ellentmondás a modulokban megfigyelt károsodásból származik, ami amiatt keletkezett, hogy a modulban a szálakon átfolyó közeg áramlási sebessége viszonylag nagy volt.

Azáltal, hogy a hagyományos megoldást elhagytuk, nevezetesen a modulban elhelyezett elrendezésen nagy nyomással nagy sebességű áramlást olyan megoldással helyettesítettük, amely szerint a keret nélküli elrendezés foglalatait a közeg tárolótartályába szereljük, és hagyjuk szabadon elmozdulni a szálakat a közegben, ezáltal lecsökkentettük a szálak károsodását. Egy foglalatban legalább tíz, előnyösen ötven és ötvenezer közötti darabszámú hosszú szálat rögzítünk, és ezt hurokban fektetjük le. A szálakból képzett köteget „szálköteg” elnevezéssel is illetjük. A,,nyaláb” elnevezés olyan nagyszámú szálat jelöl, amelyek véletlenszerűen vannak elosztva egymástól távköznyire, de egymáshoz közel csomagban és befoglalógyantával vannak rögzítve, és kívülről geometriailag szabálytalan körvonalú burkológörbe határolja, amely a külső szálakat kívülről érinti. A szálkötegben minden egyes szál a többitől függetlenül szabadon el tud mozdulni. Úgy találtuk, hogy a szabadon lefektetett szálköteg erősen tartósnak bizonyult, és ugyanilyen megbízható volt a működése is.

Az „elrendezést” a korábbi értelemben használjuk azzal az eltéréssel, hogy hosszú szálakból álló kötegre vonatkozik, amelyben minden szál általában hosszabb, mint 0,5 m, és a szálak szemközti végső szakasza egymástól távköznyire levő foglalatokba van tömítetten elrendezve, és mindkét foglalaton át egyidejűleg permeátumot vonunk ki. Legelőnyösebben a szálak végeit egymáshoz képesti mértani helyzetüktől függetlenül foglaljuk be, csupán a szálaknak lényegében véve egy irányban kell állniuk az egyes foglalatok egyik felületével, és a szálak nyitott végei a foglalat szemben fekvő másik felületét metszik, és lényegében egyik szál sem érintkezik a másikkal, és ezáltal folyadékzáró tömítés alakul ki minden szál körül a foglalatban.

Abban a jellegzetes esetben, amikor a porózus vagy szemipermeábilis membrán kapilláriscső vagy üreges szál alakjában van kiképezve, és ezt használjuk szűrésre, akkor a membrán anyaga a modult „betáplálási zónára” és nem táplált tartományra osztja, amelyet „permeátumzóna” elnevezéssel illetünk. A betáplált anyag vagy szubsztrátum, amelyet vagy kívülről vezetünk be (amelyet „kintről be” áramlásként említünk), vagy belülre („belülről kifelé” áramlás) juttatunk a szálba, és ez feloszlik egy „permeátum” és egy „koncentrátum” áramra. A találmány szerinti keret nélküli elrendezés olyan felhasználásra korlátozódik, amikor a közeg áramlása „kívülről befelé” történik egy viszonylag nagy tárolótartályon belül, amelynek térfogata több mint 10 1, előnyösen több mint 1000 1, mint például áramló folyó, még inkább mesterséges tó vagy tartály. Legtipikusabban több keret nélküli elrendezés a permeátum összegyűjtésére szolgáló szerkezettel együtt légköri nyomás alatt álló tartályba van szerelve, és a permeátumot vonjuk ki a tartályból.

Nagy tartályban vagy bioreaktorban, ahol a keret nélküli elrendezésekből képzett telepeket használunk, a permeátumon kívül más folyadékot nem távolítunk el („zárt végű tartály”, lásd az 5. ábrát). Az elrendezésekből képzett „telepek” egymás mellett hasonlóan elhelyezett több keret nélküli elrendezést tartalmaznak. Ha a tartályt bioreaktorral összefüggésben használjuk (példaként említve), akkor a permeátumot eltávolítjuk, és a benne maradó tartalom (amelyre „koncentrátum” elnevezéssel hivatkozunk) egy részét visszajuttatjuk a tartályba (lásd a 6. ábrát).

A találmány szerinti rendszer hatékonysága mikroszűrésre és ultraszűrésre korlátozódik. A rendszer működése olyan elhelyezésen alapul, amely keret nélküli elrendezéseket tartalmaz egymástól távköznyire levő foglalatokkal, tisztitógázt elegendő mennyiségben kibocsátó fonáshoz viszonyítva, annak érdekében, hogy fenntartsa az elrendezés átömlését, valamint hogy lehetővé tegye a permeátum összegyűjtését csak az egyik, de előnyösen mindkét foglalatból, azáltal, hogy a folyamat működési körülményei között a szálakra a membránra jutó nyomáskülönbséget hozunk létre. „Membránra jutó nyomáskülönbség” azt a nyomáskülönbséget jelenti, amely a membrán falára esik, és a folyamat körülményeiből adódik, amely körülmények között a membrán működik.

Az átömlésnek a membrán áteresztőképességétől (permeabilitásától) és a membránra jutó nyomáskülönbségétől való függését a következő kifejezés szemlélteti:

J=kAP, ahol J az átömlés, k permeabilitási tényező a P a membránra jutó nyomáskülönbség, és k=l/pRm, ahol μ a víz viszkozitása és

Rm a membrán ellenállása.

A membránra jutó nyomáskülönbség előállítható mind hagyományos vákuumszivattyúval vagy előnyösen enélkül, ha a membránra jutó nyomáskülönbség elegendően kicsi a 0,7 kPa-101 kPa tartományban. A vákuumszivattyú használata elhagyható elegendő „folyadékoszlop” létrehozásával a közeg felszíne és a permeátum elvezetési pontja között, de szivattyú használatával is, amely nem vákuumszivattyú (amit a továbbiakban „nem vákuumszivattyú” elnevezéssel illetünk), amely szivattyú létrehozza a hasznos szívóoldali nyo3

HU 221 925 Bl máskülönbséget, vagy hasznos szívóoszlopot (net positive suction head=NPSH), amely elegendő üzemi körülmények között a membránra jutó nyomáskülönbség létrehozásához. A nem vákuumszivattyú lehet centrifugális, rotációs, keresztáramú, átáramló rendszerű vagy más típusú szivattyú. Ezenfelül a későbbi magyarázatnak megfelelően, ha a permeátum átáramlását szivattyúval létrehoztuk, a szivattyú esetleg már nem is szükséges, és a permeátum átáramlása „szifonhatás” következtében fennmarad. Nyilvánvaló, hogy 101 kPa határig terjedő membránra jutó nyomáskülönbség alatt működtetett szálak esetében a vákuumszivattyú elegendő szolgáltatást nyújt, ha a tartályt nem helyezzük nyomás alá, és 101 kPa, valamint kb. 345 kPa közötti tartományban, amennyiben a tartály nyomás alatt áll, akkor a folyadékoszlop a légkörinél nagyobb nyomást hoz létre, és kívánt esetben a felsorolt megoldások kombinációja is alkalmazható.

A találmány szerinti rendszer szálakból képzett keret nélküli elrendezés használatára korlátozódik, amely szálak működés közben - eltekintve természetesen a foglalatoktól - szabadon vannak és nincsenek rögzítve. Az ilyen rögzítés nélküli szálak lényegében szabadon „lengnek” abban a közegben, amelybe telepítjük őket, eltekintve a foglalatok környezetétől, ahová a szálak rögzítve vannak, és lengésük mértékét az a szabad hossz határozza meg, amely az egymástól távköznyire levő foglalatokhoz képest jellemzi a szálakat, továbbá a közeg örvénylése.

A szabadon elmozdítható szálak a foglalatok között görbe vonalú mozgással „lengnek”, és a szálkötegben levő különálló szálak mozgása lényegében független a többi szál mozgásától. Az egymástól távköznyire levő foglalatok közötti „lengéshez” a szálaknak elegendően hosszúaknak kell lenniük, és ez teszi lehetővé egymás oldala mentén történő mozgásukat, adott esetben függőleges irányú hullámosító mozgással együtt. A szálak összetett mozgása lehet az eredménye például a közeg keverésének vagy például a közegben kialakuló konvekciós áramlásnak, ha a szálak elegendően hosszúak az egymástól távköznyire levő foglalatok közötti távolsághoz képest. Ha nagyszámú 300-3000 tartományba eső számú vagy ennél több szálat alkalmazunk keret nélküli elrendezésben, akkor a többi szállal szomszédos valamely szál mozgását módosíthatja a többi szál mozgása, azonban a szálkötegen belül a szálak mozgását lényegében semmi sem korlátozza. A találmány szerinti keret nélküli elrendezésben ezért lényegében „szabadon lengő” szálak vannak, amelyek szemközti végei egymástól távköznyire két, egymástól távköznyire levő foglalatba vannak befoglalva, vagy - kevésbé előnyösen a szemközti végein egymástól távköznyire egyetlen foglalatba is befoglalhatok, amelyben elegendő hely van a szálak mindkét végének befoglalására.

Véletlenszerűen azt figyeltük meg, hogy az ilyen szabadon lengő szálak azon kívül, hogy kitűnő védelmet nyújtanak szemcsés anyagok leülepedése ellen, és ennek eredményeként az átömlést magas értéken tartják, de ezenkívül közvetlenebb érintkezést engednek meg a közeggel, és javul élettartamuk, tekintettel a szemcsés anyagok ütközése által okozott károsodásokkal szembeni ellenálló képességük miatt.

A „foglalat” elnevezést olyan meghatározott anyagrész elnevezésére használjuk, amely tipikusan szilárd gyanta (műanyag) folyamatos tömegét tartalmazza tetszőleges méretben, és amely anyagba a szálkötegben levő szálak végső szakaszai tömítetten vannak rögzítve, annak érdekében, hogy megakadályozzák a szálak belsejében levő permeátumnak a közeg általi szennyezését. Azon okból, hogy a szálak végső szakaszai könnyen befoglalhatóak legyenek egymástól távköznyire levő helyzetben kikeményített gyantában - a későbbiekben ismertetettek szerint -, a szálakat legelőnyösebben folyékony, természetes vagy szintetikus gyantát tartalmazó anyagba, előnyösen hőre keményedő anyagba mártjuk vagy öntjük, amely kikeményedés után a foglalatot alkotja. Kevésbé előnyös módon a szálköteg szálainak szemben fekvő végső szakaszainak rögzítésére más ismert módszer is alkalmazható, amellyel a végek egymáshoz közeli, de egymástól eltávolított helyzetben rögzíthetők.

Ha a szálkötegben levő szálak két végső szakaszát két szemben fekvő első és második foglalatban rögzítjük, amelyek egy nagyméretű tartályban egymással kb. 0,3 m-nél közelebb helyezkednek el, akkor a szálköteg nagyjából ómega alakú (patkó alakú) hurkot vesz fel. Ha a foglalatok egymástól 0,3 m-nél távolabb helyezkednek el, akkor a szálköteg alakja lényegében fordított U alakot vesz fel, és a fordított U ellapulásának mértéke attól függ, hogy milyen távol helyezkednek el egymástól a foglalatok. Mindkét alakra a továbbiakban „lényegében parabola alak” elnevezéssel hivatkozunk.

Egyetlen szálköteghez tartozó egy pár foglalat vagy szálkötegekhez tartozó több foglalatot tartalmazó telep, vagy több telep, vagy egy másik fölé helyezett másik telep a permeátum összegyűjtésére szolgáló szerkezettel (permeátumedénnyel) együtt előnyösen eltávolíthatóan van beszerelve egy tetszőlegesen nagy tömegű közegbe („tárolótartály”), ahol is a közeg tartályba lehet zárva, de lehet medencében is, de a közeg nincs feltétlenül elzárva, mint például egy áramló folyóban, amint azt a továbbiakban részletesebben ismertetjük. A párból az egyik foglalatnak és gyűjtőedénynek a pár másik tagjához képesti geometriai elhelyezkedése általában véve oldalirányú síkban van, de ez nem lényeges, feltéve, hogy a szálköteg szabadon lengő szálakkal van telepítve, vagyis a szálak szabadon lenghetnek, függetlenül attól, hogy milyen a mozgása annak a közegnek, amelybe telepítve vannak. Ha a keret nélküli elrendezésekből képzett „telepet” alkalmazunk, akkor egy pár fejnek egy másik párhoz viszonyított geometriai viszonya lényegtelen, feltéve, ha valamennyi szálköteg a fentieknek megfelelően van telepítve.

Abban a jellegzetes esetben, mikor a szabadon lengő szálakból képzett keret nélküli elrendezés tisztítógázt, például levegőt kibocsátó forrással kombinálva kerül felhasználásra, amely egyúttal oxigént juttat a közeg kevert elegyébe, akkor a szükséges levegőnek, ha nem az egész, de túlnyomó részét vagy folyamatosan, vagy szakaszosan, közvetlenül a szálkötegben levő szá4

HU 221 925 Β1 lak alá juttatjuk be. A gázt kibocsátó forrás előnyösen viszonylag közel helyezkedik el a szálakhoz, tipikusan 2 m-nél kisebb távolságra alatta, annak érdekében, hogy viszonylag nagy, legalább 1 mm átmérőjű buborékokból áramot alakítson ki, amelyben a buborékok érintkezésbe lépnek a szálakkal, át- és körűlfolyják a szálakat. Úgy találtuk, hogy ilyen levegőztetéssel olyan fizikai ütőerő (a buborékoknak a szálakhoz való ütközése révén) hozható létre, amely a szálak felületét elegendő mértékben mentesíti a hozzá kapcsolódó mikroorganizmusoktól és élettelen részecskék lerakódásaitól, és ezáltal viszonylag nagy értékű és állandó permeátumátfolyást valósít meg többhétnyi, ha ugyan nem hónapnyi üzemeltetés során. Ezen továbbfejlesztés jelentősége jobban belátható, ha tekintetbe vesszük, hogy a hagyományos modulokban levő szálak felületeit naponta, de szokásosan ennél gyakrabban tisztítják.

Mivel a találmány szerinti rendszerben nem alkalmazunk héjat vagy burkolatot, ezért a héjon belül nincs szálakkal kitöltendő üres hely, és mivel gázt juttatunk be a szálköteg közelébe és alá, ezért nem kell a közeget nagy sebességgel áramoltami a szálak felülete mentén a szálak felületének tisztán tartása érdekében. Ennek eredményeként gyakorlatilag nem korlátozott a keret nélküli elrendezésben használható szabadon lengő szálak száma, gyakorlati korlátot csupán az szab, hogy (i) mennyire lehet megbízhatóan befoglalni végeiket, és (ii) egy tartályba, medencébe vagy tóba mekkora számú elrendezés telepíthető, és a számot a víztömeg mérete, a permeátum elvezetésének megkívánt üteme és az erre fordított költség határozza meg.

Tipikusan viszonylag nagyszámú, legalább száz, egyenként legalább 0,5 m hosszú szálat használunk szabadon lengő szálakat tartalmazó keret nélküli elrendezésben. Amikor ezekre a szálakra viszonylag kis nyomáskülönbség hat, akkor a rendszer előnyösen nem vákuumszivattyúval távolítja el a permeátumot. Ha a folyadékoszlop - a közeg szintje és a permeátum eltávolításának szintje között mért függőleges távolság - nagyobb, mint a szál membránjára jutó nyomáskülönbség, akkor a permeátum a visszamaradó közegtől gravitációs úton elválasztható, és nincs szükség vákuumszivattyúra. „Vákuumszivattyú” elnevezés alatt olyan szivattyút értünk, amely legalább 750 Hgmm szívónyomást képes előállítani.

Függetlenül attól, hogy vákuumszivattyút vagy másféle szivattyút alkalmazunk, vagy a permeátumot szifonhatás útján távolítjuk el, fontos, hogy a szálkötegben levő szálak pontosan lényegében parabola alakban helyezkedjenek el a foglalat vízszintes középvonalán áthaladó vízszintes sík fölött. A találmány szerinti elrendezés működésének megértése nyilvánvalóvá teszi mivel a szálkötegben levő szálak tipikusan kisebb sűrűségűek, mint annak a közegnek a sűrűsége, amelyben alkalmazzuk, és ennélfogva úsznak -, hogy nincs gyakorlati értelme a szabadon lengő szálakat tartalmazó szálköteg felfüggesztésének a foglalatok vízszintes középvonalán átmenő vízszintes sík alatt.

Az utóbbi néhány évtizedben ismertté váltak azok az alapvető elvek, amelyek a membrános szerkezetek működését irányítják. A szakember figyelmét nem kerülték el, hogyan használhatók fel ezek az elvek, de figyelmen kívül hagyták, hogy szálak keret nélkül is alkalmazhatók héj nélkül is, amely szálak végei egymástól távköznyire elhelyezett foglalatokban biztonságosan vannak rögzítve. így megfelelő körülmények között a rendszer (a 4-9. ábráknak megfelelően) a benne levő keret nélküli elrendezéssel annak szálkötegei permeátumot gyűjtő eszközzel kombinálva meglepően hatékony membrános szerkezetet alkot, amely alacsony NPSH-értékű (hatásos pozitív szívómagasságú) centrifügálszivattyúval üzemeltethető, még akkor is, ha a permeátumot a foglalatok vízszintes középvonalán áthaladó vízszintes sík fölötti szintről kell eltávolítani.

Mivel a találmány értelmében nem használunk hagyományos értelemben vett modult, ezért a közeget tartalmazó tárolótartályban levő keret nélküli elrendezés működését befolyásoló fizikai szempontok jelentik azokat a lényeges szempontokat, amelyek vonatkoztathatók az üreges szálas membránra és a közegre. Ezen szempontok közé tartoznak a szál áthatolhatóságára és záróképességére jellemző tulajdonságok, a folyamat áramlási körülményei, például a közeg nyomása, szálak mentén vett áramlási sebessége, hőmérséklete stb., a közeg és összetevőjének fizikai és kémiai tulajdonságai, a közeg és a permeátum viszonylagos áramlási irányai (amennyiben áramlik), a közegnek a szálak falával való érintkezésének alapossága, és még további paraméterek, amelyek mindegyikének közvetlen hatása van az elrendezés hatékonyságára. A kitűzött célt egy ilyen elrendezés hatékonyságának növelése és ezen növelés gyakorlatias és gazdaságos megvalósítása jelenti.

Nyilvánvaló, ha a keret nélküli elrendezés szálkötege az ismertetett módon szabadon van telepítve, akkor a szálak egyenetlen eloszlásával kapcsolatos betáplálásirányítási problémák lényegében megszűnnek, mivel a szálak álló helyzetben helyezkednek el, és úszva lengnek a szűrendő közegben. Mivel a szálak felületei egyenként egyenletesen érintkeznek a közeggel, miközben lengnek, ezért az elrendezés továbbá a szűrést a szálak legnagyobb felületi tartományában valósítja meg. A szűrési teljesítményt lényegében véve a szálkötegben levő egyes szálak felületének összege határozza meg. Ezen túlmenően a szálak felületeit a közeg könnyedén bevonja, ezért a szálak sűrű nyalábban helyezhetők el egyetlen foglalatrészben, ami gazdaságossá teszi nagy membránfelületű elrendezés telepítését 1000 m² vagy ennél nagyobb membránfelülettel.

A találmány szerinti elrendezésben használt szálakra ható nyomáskülönbség értéke nem kritikus, azonban előnyösek az olyan szálak, amelyek membránra jutó nyomáskülönbsége kis értékű. Kis membránra jutó nyomáskülönbség mellett - 0,7 kPa és 206 kPa körüli tartományban, de előnyösen 3,5 kPa és kb. 70 kPa körüli tartományban - képes permeátumnak kizárólag gravitációs úton való kinyerésére, ha megfelelően van elhelyezve azon helyhez képest, ahonnan a permeátumot elvezetjük, és minél hosszabb a szál, annál több a permeátum.

Az üreges szálakat szokásosan végeik közelében foglaljuk be a szemben fekvő foglalatokba, amelyek megfe5

HU 221 925 Bl lelő tömítőeszközök felhasználásával behelyezve, folyadékzáróan kapcsolódnak egy hagyományos modul házának belső falába. Egy ilyen modulban a membránfelület nagyságát a foglalat mérete és a szálaknak a modulon belüli töltési sűrűsége határozza meg. Mivel ez a töltési sűrűség a találmány szerinti keret nélküli elrendezésben nem jelent korlátot, és nincs benne modul, ezért nyilvánvaló, hogy a keret nélküli elrendezés alkalmazása gazdaságosabb, mint az ugyanolyan mennyiségű permeátummennyiséget szolgáltató modulé.

A találmány szerinti megoldás lehetővé teszi nagyszámú szál egymáshoz képest véletlenszerű módon való elhelyezését mindegyik foglalatban, amely szerves műgyantából készíthető. Nem szükséges a szálaknak befoglalás vagy kiemelés előtti pontos helyezése, és ezért elkerülhetők a szálak végső szakaszainak megszilárduló műgyantába való befoglalása során jelentkező csapdák. Befoglalás után a foglalatot elvágják (elmetszik) egy elegendően éles pengével, és ezzel a szálak nyitott végei szabaddá tehetők, és ennek következtében minden egyes foglalat végfelülete lyukacsos lesz a szálak nyitott végei miatt. A szilárd gyanta az egyes szálak végső szakaszai körül kívül tömítést képez, amely szálak síkban helyezkednek el a foglalat metszett síkjában.

Nem okoz továbbá problémát a keret méretének kialakítása, mivel a keret nélküli elrendezésben nincs keret, és nem kell hordoznia a szálakból képzett elrendezést.

A találmány szerinti keret nélküli elrendezés legelőnyösebben szennyvíz kezelésére használható oxigéntartalmú gázforrással kombinálva, amely gáz átbuborékol a közegen a közegbe telepített szálak íve alatt és belül, előnyösen közvetlen az alatt, aminek különös célja az aktív iszap által képzett kevert elegy oxigénnel való ellátása, amint az szokásos szennyvizek biológiai tisztítása során. Úgy találtuk, hogy ameddig elegendő levegőt juttatunk be közvetlenül a szálköteg felső része alá vagy az egymástól távköznyire elhelyezkedő foglalatok alapjának közelébe, és ezzel a szálakat buborékokkal állandóan mosatjuk, és a szálak szabadon lengve úszva lebegnek az aktivált iszapban, és ennek következtében ívelt vonalat vesznek fel (oldalnézetben tekintve) azon sík fölött, amelyben a foglalatok részei fekszenek, addig elkerülhető mikrobatelepek képződése a szálak felületén, és eközben az aktivált iszapból a permeátum közvetlenül kivonható, és hosszú időn át fenntartható a permeátum átömlésének kitűnő értéke. Mivel a szálak felületének minden része metszi az emelkedő buborékokat, függetlenül attól, hogy a levegőt folyamatosan vagy szakaszosan adagoljuk, ezért elmondhatjuk, hogy a szálakat „buboréköblítés” tisztítja.

Kazuo Yamamoto és társai: Szilárd-folyékony anyagok közvetlen elválasztása aktív iszapos levegőztetett tartályban üreges szálas membrán felhasználásával című cikke (Water Science Technology, 21. kötet, Brighton, 1989, 43-54. old.) ismerteti szálakból képzett elrendezés felhasználását bioreaktorban levő aktív iszap közvetlen kezelésére. A cikk szerint: „három üreges membrános egységet (Mitsubishi Rayon Engineermg Company, Ltd.) merítenek és függesztenek függőleges helyzetben a reaktorba (az 1. és 2. ábrák szerint mindegyik egység három szállal van ábrázolva), A membránok anyaga polietilén volt, és pórusaik mérete 0,1 pm, ami a mikroszűrési tartományba esik.”

Mivel a polietilénszálak úsznak, ezért feltételezhető, hogy a szálakat egy rúdhoz erősítették annak érdekében, hogy lefelé függőleges irányban legyenek felfüggesztve a reaktorban. A cikk szerint „a reaktor fenekéhez levegőt vezettek be 1,8 1/min mennyiségben” (lásd 44. oldal aljától számítva a 8. és 9. sor). Az egyes egységekben a szálak végei egyetlen foglalatba foglalva vannak ábrázolva, és a foglalathoz vákuum csatlakozik vagy folyamatosan, vagy szakaszosan, és ez szállítja el a permeátumot a lefelé függesztett membránokból.

A cikk nem ismerteti, hogy milyen levegőforrást alkalmaztak, és milyen eszközökkel juttatják a levegőt a reaktorba. A mikroorganizmusok megőrzésén kívül a levegő bevezetésének okául más indokot nem neveznek meg.

A lefelé függesztett szálelrendezés bizonyos mértékű összetapadást eredményezett közvetlenül a szűrés megkezdése után, és az átömlés az idő múltával érzéketlenné vált a nyomáskülönbségre (lásd a 46. oldal alját). Egy más esetben az átömlés és a nyomáskülönbség időben változott, és a változás jelezte, hogy „a kezdeti átömlés 2,5 x 10“⁶ m³/(m²s)(90 l/m² óra) volt, és a nyomáskülönbség 100 kPa értékre növekedett, amit vákuum alatt ért el, és az átömlés a kezelés kezdetét követő ötödik nap után erősen lecsökkent. Az első öt napban komoly összetapadás fellépését lehetett megfigyelni. Úgy látszott, mintha a modul az iszappal eltömődött volna... Az effluens vagy levegő felhasználásával visszamosást kíséreltünk meg több alkalommal, de ez sikertelennek bizonyult, habár a visszamosás útján kismértékű regenerálódást észleltünk, de az átömlés rögtön visszatért a megelőző értékre.” (lásd a 47. és 48. oldalakat összekötő mondatok).

Yamamoto és társainak álláspontja szerint „összetapadás vagy eltömődés felléphet kismértékben kevert elegyben szuszpendált szilárd anyagok (mixed liquor suspendid solids=MLSS) nagy nyomáskülönbséggel végrehajtott koncentrációjánál. Ez arra a következtetésre vezet, hogy hosszú idejű stabil működéshez nem alkalmazható folyamatos szívás. Ha a membránmodul már egyszer eltömődik, akkor ez megnöveli a nyomáskülönbséget, a nyomáskülönbség növelése viszont elősegíti az eltömődést, amíg végül is a működés visszafordíthatatlan megszakadását eredményezi.” (lásd 48. oldal teljes második bekezdés).

A Yamamoto és társai által elért elégtelen működés főleg arra az okra vezethető vissza, hogy nem ismerték fel annak számottevő jelentőségét, hogy az átömlés megőrzéséhez a szálköteget belülről és alulról levegőztetni kell. Más szavakkal, nem ismerték fel, hogy a szálak lényegében teljes felületét alaposan tisztítani kell a szálkötegen áthaladó áramló buborékokkal, vagyis a szálakat buborékokkal állandóan öblíteni kell. Ez a követelmény egyre hangsúlyosabbá válik, ahogy a szálkötegben levő szálak száma növekszik. Mivel Yamamoto és társai a kísérleti reaktorba a szálakat lefelé függeszt6

HU 221 925 Bl ve helyezték el, ezért képtelenek voltak a három szálat tartalmazó szálköteget az ív alja felől levegőztetni, amely ív akkor keletkezett volna, ha a szálakat a közegben elfordították volna.

Felismertük továbbá, hogy az igen kisméretű buborékok - kb. 10 pm-től kezdve 1 mm átmérőtartományig hatékonysága elégtelen a szálakon fejlődő mikroorganizmustelepek kialakulásának megakadályozására. Úgy tűnik, hogy az ilyen kisméretű buborékok által kifejtett erő elégtelen a mikroorganizmusoknak a szálak felületéhez való kezdeti tapadásának megakadályozásához, vagy pedig a kialakult tapadás megszüntetéséhez.

Amint nyilvánvaló, mivel a legtöbb közeget mikronos és mikronnál kisebb méretű szemcsés, szerves és szervetlen anyagok szennyezik, ezért a gyakorlatban alkalmazott membrános szerkezetekben levő szálak felületeit tiszta állapotban kell tartani. Ennek eléréséhez a találmány szerinti keret nélküli elrendezés használható a legelőnyösebben gázelosztó eszközzel kombinált szerelvényben, amely gázelosztó eszköz tipikusan felhasználható a szálat tisztító gáz, például levegő vagy oxigénnel dúsított levegő szálak mentén való elosztásához, amely a gázt a szálkötegen belül és közvetlenül a szálak alatt bocsátja ki.

A Yamamoto és társai által alkalmazott szerkezet felhasználásával végrehajtott kísérletek azt mutatják, hogy a levegőt kívülről a szálkötegre bocsátva az átömlés már egy 50 órás időszakon belül is sokkal gyorsabban csökken, és ez igazolja az általuk kapott eredményeket. Ez nyilvánvalóvá válik 1. ábránkból is, amelyen a Yamamoto és társai által elért eredményeket hasonlítjuk össze a találmány szerinti megoldással, és mindkét eszközben lényegében véve ugyanolyan szálakat alkalmazunk ugyanolyan levegőmennyiséggel, és lényegében véve azonos feltételekkel, összehasonlítva a Yamamoto és társai által végrehajtott vizsgálatokkal. Az egyetlen különbség a vizsgálatok között abban van, hogy a mi készülékünk esetében a levegőt szabadon lengő szálakból képződő ív alatt és azon belül osztottuk el.

A Yamamoto és társai által lefelé függesztett szálakkal folytatott kísérleteket folytatták és az újabb fejleményeket C. Chienchaisri és társai: Szerves stabilizáció és nitrogéneltávolítás háztartási szennyvíz kezelésére szolgáló membrán szeparációs bioreaktorban című hozzászólásukban ismertették (Membrántechnológia hulladékvíz kezeléshez című konferencia, 1992. március 2-5. Capetown, SA). Az átömlés javítását azáltal kívánták elérni, hogy erősen örvénylő állapotot tartottak fenn a szeparációs tartományban, amely fúvókás levegőztetéssel működött együtt, és a fúvókás levegőztetést a membrános modul belsejében, de a függesztett szálakon kívül helyezték el. Úgy tűnik, hogy a szeparációs tartomány szabadon áramolva közlekedik a bioreaktor tartalmával. A modul fő bioreaktort és a bioreaktorba merített szeparációs egységet tartalmazott.

A szeparációs egység belsejében két üreges szálból képzett membrán volt felfüggesztve, amelyek kereten voltak elhelyezve, és felületük 0,3 m² volt. A szálak lapátos keverő mindkét oldalán voltak felfüggesztve egy foglalat alatt, amelybe a szálakat befoglalták. A permeátumot szakaszos működtetéssel szivattyúval szívták le, és a motorral hajtott lapátos keverő a kevert elegyet keresztirányban áramoltatta a membránok felületéhez képest. A lapátok forgási irányát minden 10 másodpercben megváltoztatták. A forgási sebesség 290/perc értékű volt. Ezenfelül fúvókás levegőztetést alkalmaztak 90 percenként egyszer egy perc időtartamig, és a légfúvókák iránya a szálakhoz képest sugárirányú volt, és így a levegőt átfújták a felfüggesztett szálakon. A fenti intézkedések kombinációja révén nagy átömlést értek el, mivel ez gátolta a mikrobák növekedését.

A fenti hozzászólás alapján nyilvánvalóan lényeges, hogy a szálakat függőlegesen függesztették, és váltakozó irányban, erősen örvénylő vízáramlást hoztak létre. Ez az elrendezés nem teszi lehetővé, hogy a permeátumot kizárólag gravitáció útján szívóüzemű szivattyú használata nélkül nyeqék ki. Végül gazdaságossági szempontból a fenti hozzászólásban ismertetett bioreaktor működtetésével járó nagy költségek kevésbé előnyösek, mint egy ehhez hasonló bioreaktor működtetési költségei, amely kívül elhelyezett szemipermeábilis membránmodulokkal van ellátva.

Akár Yamamoto és társai cikke, akár a fenti hozzászólás alapján nyilvánvaló, hogy a felfüggesztett szálakon átbocsátóit légáram nem volt képes a közegből származó mikroorganizmusok feltapadásának meggátlására.

Felismertük, hogy a növekedő mikrobák felrakodásának vagy az élettelen részecskéknek száltisztító gázzal („tisztítógázzal”), különösen oxigéntartalmú gázzal („öblítőlevegővel”) állandóan öblített szálak felületére való ráülepedése lényegében megakadályozható, ha a szálak rugalmasan és szabadon lengésre képesen keret nélküli elrendezésben vannak alámerítve egy közegben, amelyben a buborékok elegendő fizikai ütközőerővel (impulzus és energia) rendelkeznek a szálaknak káros lerakódásoktól lényegében mentesen tartásához, és ezáltal váratlanul nagy értékű átáramlás tartható fenn hosszú időszakon át, amely alatt a permeátum kívülről befelé áramlik át a szálakon.

Rájöttünk továbbá, hogy egymástól távköznyire párban elrendezett foglalatokat szerelve a közegbe, amely közvetlenül érintkezik a keret nélküli elrendezést és gázelosztó szerkezetet tartalmazó gázzal tisztított elrendezésben levő nagyszámú hosszú szállal a permeátum a közegből meglepően időtartamig eredményesen és hatékonyan kivonható. A keret nélküli elrendezés felületének mérete nagyobb, mint legalább 1 m², és a szálak ellentétes végei az egymást távköznyire, de egymáshoz közel elhelyezett foglalatokba vannak rögzítve, és így a telepített szálak lényegében parabola alakot vesznek fel a közegen belül, és abban szabadon lengenek. Az elrendezés egy membrános szerkezet részét képezi, amely modul héjába való bezárás nélkül működik egy tárolótartályban tartott közegben 0,1 atm-tól egészen 10 atm értékig növelt nyomástartományig. A szálak hossza nagyobb, mint a szálak végső szakaszait befoglaló foglalatok közötti távolság, és ezáltal a foglalatok között és fölött ívelten helyezkednek el. A szálak végső szakaszai az egyes foglalatokba nem folyamatosan vannak rögzítve, ami azt jelenti, hogy minden egyes szál felülete ki7

HU 221 925 Β1 keményített foglaló- vagy kiöntőgyanta segítségével tömítetten el van választva a másik szomszédos száltól. Hacsak nem szándékoltan szabályos mértani elrendezésben, a szálak nyitott végei véletlenszerűen oszlanak el egymáshoz képest a foglalat permeátumot ürítő (általában alsó) felületében. A befoglalt szálak elrendezését „szálrendező forma” határozza meg, ha ilyet alkalmazunk az egyes szálak elrendezéséhez, de általában véve a forma mentén elrendezett egyes szálak egymáshoz képest szabálytalan távközökben helyezkednek el.

Ennélfogva a találmánnyal általános célunk egy új, gazdaságos és meglepően problémamentes membrános szerkezet kidolgozása, amely nagyszámú rugalmasan és szabadon lengésre képes, üreges, szálas membránból képzett keret nélküli elrendezést tartalmaz, amely membránok összfelülete 1 m², előnyösen 10 m² és 100 m² közötti tartományban van, és az üreges és szálas membránokat más nem támasztja alá, csak a közeg, és kizárólag egymástól távköznyire elrendezett foglalatokba vannak rögzítve. Működéshez a membrános szerkezet permeátumedénnyel van társítva, amely előnyösen eltávolíthatóan közeget tartalmazó tartály tetszőleges részeiben van elhelyezve, amely tárolótartály térfogata tipikusan több mint 100 1, általában több mint 10001. A közegből szelektív módon folyékony összetevőt kell kivonni. A permeátumként kivont folyékony összetevő összegyűjtésére és eltávolítására gyűjtőszerkezet szolgál.

A találmánnyal konkrét célunk olyan membrános szerkezet kialakítása, amely a közegből permeátum kivonására szolgáló üreges szálakat tartalmazó membrános szerkezettel van ellátva, továbbá a közegben szálkötegként rugalmasan és szabadon lengeni képes szálakat vagy üregesszál-membránokat magában foglaló keret nélküli elrendezést tartalmaz, amelyben a szálak ellentétes végső szakaszai egymástól távköznyire első és második foglalatból képzett párba van foglalva, amely foglalatok a közegbe vannak szerelve a lengésre képes szálak alatt, és a szálak lényegében véve összes vége mindkét foglalatban nyitott annak érdekében, hogy a permeátumot mindkét foglalaton át leürítsék, és a szálak hosszúsága elegendő mértékben nagyobb, mint az első és második foglalat közötti közvetlen távolság annak érdekében, hogy telepítés után a szálak ívelt lényegében parabola alakzatot vegyenek fel, és hozzájuk gyűjtőszerkezet, például permeátumedény van társítva, amely összegyűjti a permeátumot, és belőle vezetéken át a permeátum elvezethető.

Felismertük továbbá, ha szálakból képzett szálköteget keret nélküli elrendezés egymástól távköznyire levő foglalatai között közegbe merítünk annak érdekében, hogy a foglalatok vízszintes középvonalain átmenő vízszintes sík fölötti lényegében parabola alakot vegyenek fel, és a szálköteget folyamatosan vagy szakaszosan buborékos öblítés alatt tartjuk gázelosztó szerkezettel előállított buborékok segítségével, és a gázelosztó szerkezet előnyösen a szálak közelében az alattuk levő tartományba van elhelyezve, akkor a szálak olyan mértékben lényegében mentesek maradnak a szemcsés lerakódástól, amely elegendő az átömlés egyensúlyi állapotának lerontásához. A buborékokat közvetlenül a szálköteg alatt a szálkötegnek a gázelosztó szerkezet fölötti ívén belül állítjuk elő, és a gázelosztó szerkezet a legközelebbi és legtávolabbi szálat figyelembe véve azoktól 1 cm és kb. 50 cm tartományon belül helyezkedik el, és a szálköteg minden egyes szálának teljes hosszát lényegében véve buborékokkal állandóan öblíti. A szálköteget úgy tekintjük, hogy „gázzal tisztított” közvetlenül a gázelosztó szerkezet fölött, amely a minden egyes foglalatban levő szálak sorai között vagy a foglalatok között helyezkedik el, és a szálköteg által alkotott lényegében parabola alakzat alatt van.

Ennélfogva a találmánnyal általános célunk egy olyan száltisztító vagy gázzal öblített szerkezet kialakítása, amely nagy tömegű több összetevős, 0,1 pm-44 pm mérettartományban levő, finoman elosztott diszpergált szemcsés anyagot tartalmazó közegből szűrés útján kívánt permeátumot választ ki, és a száltisztító szerkezet (a) legalább 20, első és második ellenkező végső szakaszokat tartalmazó, foglalatokba befoglalt, a foglalatok között lényegében szabadon lengően, lényegében parabola alakot felvevő, szálkötegben elrendezett szálakból képzett, egymástól távköznyire elhelyezett első és második foglalatot magában foglaló keret nélküli elrendezést és (b) a szálak alatt nagy mennyiségű buborékot előállítani képes alakos gázelosztó szerkezetet tartalmaz, és a szálak hosszúsága nagyobb, mint a foglalatok közepei közötti távköz. A gázelosztó szerkezet átmenőjáratokkal van ellátva, amelyekben 0,3 m³/nap/m²-400 m³/nap/m² (a szálak felületének minden négyzetméterére naponta jutó gáz térfogata m³-ben) közötti tartományba eső mennyiségben átáramló gáz kb. 1 mm és kb. 50 mm közötti átlagos átmérőtartományba eső vagy akár ennél nagyobb buborékokat állít elő, és mind a szálköteg alapjának közelébe eső alsó tartománynak, mind a szálköteg fönnmaradó részét tartalmazó felső tartománynak viszonylag közvetlen közelében bocsátja ki a buborékokat annak érdekében, hogy a szálkötegben levő szálakat buborékokkal öblítetten tartsa, és javítsa a szálak közegből leülepedő üledék által eltömített pórusainak ellenállását.

A találmánnyal meghatározott célunk az említett gáztisztító szerkezet kialakítása, amely növekedő mikroorganizmusokat tartalmazó közeggel töltött tartályban használandó ívszerű membránszerkezetet és gázelosztó szerkezetet tartalmaz, és amely szerelvényt a foglalatokat a permeátumot összegyűjtő gyűjtőszerkezettel nyitott folyadékok számára nyitottan közlekedő szerkezettel, a permeátumot elvezető szerkezettel együtt használjuk, és az alakos gázelosztó szerkezeten elegendő mennyiségű levegőt áramoltatunk át, hogy a szálkötegen át és a szálak körül elegendő felfelé áramló buborékot hozzon létre a szálak felületének élő mikroorganizmusokból és a közegben esetleg jelen levő kis élettelen részecskékből képződő lerakódástól lényegében mentesen tartásához, ami által a gázzal öblített szerelvény kiküszöbölés helyett elkerüli a technika állása szerint használt modulok felhasználásával járó problémákat.

Felismertük továbbá, hogy az egymástól távköznyire elhelyezett foglalatokat és a szemcsés anyagokat tartalmazó közegbe helyezett alátámasztatlan, lényegében

HU 221 925 Β1 parabola alakú szálköteget tartalmazó és előnyösen közelben elhelyezett, a membránok eldugulását csökkentő gázelosztó szerkezettel társított rendszer úgy működtethető, hogy a permeátumot kizárólag gravitációs úton lehet kinyerni, és ezáltal a permeátum kinyeréséhez használandó bármilyen szivattyú költségei megtakaríthatók, feltéve, hogy a hatásos pozitív szívási vízoszlop

- amely azonos a közeg szintje és a permeátum kinyerésének szintje közötti függőleges irányú magassággal

- létrehozza a szálkötegben levő szálak membránjára jutó nyomáskülönbséget.

Ennélfogva a találmánnyal általános célunk közegből permeátumot kivonó rendszer létrehozása, amelyben gázt, előnyösen oxigéntartalmú gázt, tipikusan levegőt vezetünk be mikroorganizmusok fejlődésének fenntartásához, amely rendszer tetszőlegesen nagy tömegű közeget, 0,5 m-nél hosszabb szálakból képzett keret nélküli elrendezést tartalmaz, amely szálak ellenkező végei lényegében mentesek a szálak közötti érintkezéstől egymástól távköznyire elhelyezett foglalatokba való befoglalás után, a foglalatok működés közben a közegen kívül mással nincsenek alátámasztva a közegen belül, és nincsenek modul héjába bezárva, és legalább az egyik foglalat úgy van szerelve, hogy a szálak alakja lényegében véve parabola, amely az egyik foglalat vízszintes középvonalán átmenő vízszintes sík fölött helyezkedik el. Az egymástól távköznyire elhelyezkedő foglalatok olyan szerelőszerkezettel vannak kombinálva, amellyel a permeátumot összegyűjtő gyűjtőszerkezettel folyadékközlekedés szempontjából nyitottan szerelhető és a permeátumot eltávolító szerkezettel van társítva, továbbá alakos gázelosztó szerkezetet tartalmaz, amely legelőnyösebben 1 mm-25 mm mérettartományba eső buborékokat állít elő 3 m³/nap/m²-30 m³/nap/m² közötti tartományba eső térfogatárammal, amely az elrendezés szálain át felfelé áramlik, ami által a buborékok tisztítják a szálakat, és a szálak ellenállnak a fejlődő mikroorganizmusok és bármilyen más szemcsés anyag feltapadásának.

Kidolgoztunk továbbá 1-10 atm nyomástartomány alatt álló több összetevős közeg kezelésére szolgáló eljárást, különösen például finoman elosztott szervetlen anyagot, például szilíciumot, kovasavat vagy aktivált iszapot tartalmazó vízáram kezelésére, amelynek során a közeg nagyméretű tartályba vagy medencébe van zárva, és amely eljárás során permeátumot elvezető szerkezettel folyadékáramlás szempontjából nyitottan közlekedő, szabadon lengeni képes alátámasztatlan szálakból levő szálköteggel ellátott keret nélküli elrendezést tartalmazó szerelvényt használunk fel a szálak alatt, előnyösen közvetlenül alattuk és viszonylag azok közvetlen közelében buborékokat előállító levegőforrással kombinálva.

Ennélfogva a találmánnyal általános célunk eljárás kidolgozása membrános szerkezet elrendezésében levő szálak felületének viszonylagos tisztán tartására, miközben permeátumot választunk el a közegtől, amely eljárás során rugalmasan és szabadon lengeni képes szálakból képzett keret nélküli elrendezést merítünk a közegbe oly módon, hogy a keret nélküli elrendezés első és második foglalata a beléjük rögzített szálak által alkotott alátámasztatlan szálköteg alá van szerelve, és a szálak 0,7 kPa-345 kPa tartományba eső membránra jutó nyomáskülönbséget hoznak létre, és hosszúságuk elegendő mértékben nagyobb, mint az első és második foglalat közötti közvetlen távolság, és ezáltal telepített helyzetben a szálak lényegében véve parabola alakot vesznek fel a foglalatok vízszintes középvonalán átmenő vízszintes sík fölött; a kezdetben elért átáramlási egyensúllyal lényegében azonos és lényegében állandó átömlést tartunk fenn, ami jelzi, hogy a szálak felületein lényegében mentesek üledékek további rárakódásától az egyensúly átömlés eléréséhez viszonyítva; a permeátumot összegyűjtjük oly módon, hogy a foglalatokat folyadékáramlás szempontjából a permeátumot összegyűjtő szerkezettel szabadon közlekedve szereljük; és a permeátumot elvezetjük.

Felismertük továbbá, hogy a fenti eljárás felhasználható aerob biológiai reaktor üzemeltetésére, amely utólagosan a találmány szerinti membrános szerkezettel van ellátva.

Ennélfogva a találmánnyal célunk olyan aerob biológiai reaktor kialakítása, amely utólag legalább egy membrános szerkezettel van ellátva, amely membrános szerkezet permeátumgyűjtő szerkezettel társított elrendezést, előnyösen több, 2-100 közötti számú, telepbe rendezett membrános szerkezetet vagy membrános szerkezetből képzett több telepet tartalmaz, és a reaktor az eljárással oly módon üzemelhető, amelyet nem nehezítenek a másodlagos tisztítórendszerekre előírt korlátok és határok.

A találmány értelmében tehát egyrészt membrános elrendezést dolgoztunk ki permeátum kivonásához több összetevős folyékony közegből. Az elrendezés több üreges szál által alkotott membránt tartalmazó elrendezést tartalmaz, amelyekben a szálak együttes felülete nagyobb, mint 1 m², és a közegben szabadon lengve helyezkednek el, továbbá a szálak membránra jutó nyomáskülönbségének üzemi tartománya 0,7 kPa és 345 kPa között van, hosszúságuk nagyobb, mint 0,5 m, a közegben egymástól távköznyire első és második foglalatból képzett pár van elhelyezve, és telepített helyzetben a szálak az egyik foglalat vízszintes középvonalán átmenő vízszintes sík fölötti ívelt alakban helyezkednek el, a szálak egyik oldali végső szakaszai az első foglalatba vannak erősítve, és a szálak másik oldali végső szakaszai a második foglalatba vannak erősítve, és az összes szál a foglalatok egyik felületéből indul ki, és valamennyi szál legalább egyik vége nyitott;

a szálak a foglalatokba egymáshoz képest folyadékzáróan tömítetten vannak a foglalatokba erősítve;

a szálak nyitott végéhez a szálakból nyert permeátumot összegyűjtő gyűjtőedény, a gyűjtőedényhez a permeátumot elvezető gyűjtőcső kapcsolódik.

A találmány értelmében továbbá gázöblítéses szerelvényt alakítottunk ki ilyen membrános elrendezéssel, a membrános szerkezet üreges szálak felületén szemcsés üledék felhalmozódásának csökkentésére és több összetevős folyékony közegből permeátum visszanyerésére.

HU 221 925 Β1

A gázöblítéses szerelvény 1-10 atm tartományban levő nyomás alatt tartott közegben elhelyezkedő üreges szálak által alkotott membrános elrendezést tartalmaz, és a szálak végei a közegben egymástól távköznyire elhelyezkedően kialakított első és második foglalatba vannak erősítve, és a szálak közegben szabadon lengve helyezkednek el, továbbá a szálak végső szakaszai tömítetten vannak beerősítve az első foglalatba, és a szálak ellenkező végén levő végső szakaszai a második foglalatba vannak tömítetten beerősítve, és a szálak legalább egyik vége nyitott, és a foglalattal a permeátumot kibocsátó közlekedő kapcsolatban vannak;

a szálak a foglalatban tömítetten vannak rögzítve; a szálak nyitott végei gyűjtőedénnyel vannak tömített, közlekedő kapcsolatban;

a foglalatok és a gyűjtőedények a közegben való felszerelésre szolgáló szerkezettel vannak társítva;

a foglalatokba erősített szálakhoz azok közé buborékokat eresztő, átmenőlyukakkal ellátott gázelosztó szerkezet van társítva.

A találmány értelmében továbbá rendszert dolgoztunk ki permeátumnak több összetevős folyékony és szuszpendált szemcsés anyagot tartalmazó folyékony közegből való kivonásához. A rendszer üreges szálak által alkotott membrános elrendezést és ezzel kombinált gázelosztó szerkezetet tartalmaz, és legalább 1001 folyékony közeget befogadó, környezeti nyomáson levő tartálya van, továbbá a közegben egymástól távköznyire szerelhetően kialakított foglalatpáija van, amelyből az első foglalatba több szál végső szakaszai vannak beleerősítve, és a szálak ellenkező oldali végső szakaszai második foglalatba vannak erősítve, és a szálaknak a permeátumot a foglalatokon át kibocsátó nyitott vége van, és legalább az egyik foglalat a másik foglalat vízszintes középvonalán áthaladó vízszintes sík alatt van elhelyezve, és a szálak a közegben szabadon lengve helyezkednek el, a rendszerben továbbá a permeátumot összegyűjtő gyűjtőedény van, amely a szálak üregével közlekedő kapcsolatban van, a rendszer a permeátumot elvezető szerkezethez kapcsolódó gyűjtőcsövet, valamint a szálak között felfelé áramló, a szálakat állandóan öblítő, és a szálakat a felületükre kiülepedő szemcsés anyagok felrakódásával szemben védő buborékokat előállító gázelosztó szerkezettel van ellátva.

A találmány értelmében eljárást is kidolgoztunk üreges szálak által képzett membránok külső felületének szemcsés anyagból képződő üledéktől mentesen tartására tartályban levő több összetevős folyékony közegből permeátum szeparációja közben. A találmány szerinti eljárás során üreges szálakat merítünk a közegbe, és a szálakat egymástól távköznyire levő első és második foglalatba rögzítjük, amely szálak membránra jutó üzemi nyomáskülönbsége kb. 0,7 kPa és kb. 345 kPa közötti tartományban van, összfelületük nagysága nagyobb, mint 1 m², hosszúságuk nagyobb, mint az első és második foglalat közötti közvetlen távolság, és a szálak a foglalat vízszintes középvonalán áthaladó vízszintes sík fölött szabadon lengve helyezkednek el, a foglalatokat a permeátumot összegyűjtő gyűjtőedénnyel folyadékzáró közlekedő kapcsolatba hozzuk;

a szálak közelében és közvetlen alatta, a szálak végei között levő tartományban elhelyezett gázelosztó szerkezeten át száltisztító gázt áramoltatunk át, és a szálak felületeit a gáz buborékainak fizikai ütközésével minden egyes szál lényegében teljes hossza mentén a buborékokkal öblítjük és a felrakodástól mentesen tartjuk; és a szálakon kialakuló átömlést az eljárás szerinti üzemeltetés megkezdése után kezdetben elért egyensúlyi értékkel lényegében azonos állandó értéken tartjuk;

a permeátumot a gyűjtőedényben összegyűjtjük; majd a permeátumot elvezetjük.

A találmányt a továbbiakban a mellékelt rajzon bemutatott példakénti kiviteli alak kapcsán ismertetjük részletesebben. A rajzon:

az 1. ábra a technika állása és a találmány szerinti membrános szerkezettel elért átömlés idődiagramja, a 2. ábra a találmány szerinti membrános szerkezet vázlatos robbantott képe, a 2A. ábra gyűjtőedény oldalfalának felső szélén levő csatorna alakjának kinagyított részlete, a 2B. ábra egymástól távköznyire levő véletlenszerűen elosztott nyitott végű szálakat tartalmazó foglalat alsó felülete, a 3. ábra gázelosztó szerkezettel kombinált membránszerkezetet tartalmazó tisztítószerelvény közegbe merítve parabola alakot felvevő rugalmasan lengeni képes szálakkal, a 3A. ábra foglalatban levő szálak sorai közé buborékokat juttató gázelosztó szerkezet részlete (nem méretarányos), a 4. ábra a tisztítószerelvény másik kiviteli alakjának nézeti képe hosszan ívelt szálak alatt közvetlenül elhelyezett ívelt lyukacsos gázelosztó szerkezettel, a 4A. ábra a 4. ábra szerinti tisztítószerelvényekből képzett és nagyméretű tárolótartályba telepített telep látszati képe, az 5. ábra hagyományos tisztítómedence membrános szerkezetet és gázelosztó szerkezetet tartalmazó öblítéses szerelvényekkel kombinálva vázlatos metszetben, az 5A. ábra az 5. ábra szerinti tisztítómedence felülnézete az öblítőszerelvényeket gyűrű alakú külső permeátumelvezető tartománnyal, a 6. ábra emelt tartályba helyezett és egyetlen membrános szerkezettel szemléltetett telepet tartalmazó rendszer vázlatos oldalnézete permeátum elszívására szolgáló vákuumszivattyú nélkül, a 7. ábra azt szemlélteti oldalnézetben, hogyan lehet besüllyesztett tartályban levő membránszerkezeteket tartalmazó telepeket felhasználni permeátum elvezetésére szivattyú használata nélkül,

HU 221 925 Bl a 8. ábra egy olyan kiviteli változatot mutat, amelyben a membrános szerkezeteket tartalmazó telep besüllyesztett tartályban helyezkedik el, és a permeátumot hagyományos vákuumszivattyú helyett átömlő szivattyúval vezeti el, a 9. ábra egymás mögé helyezett membrános szerkezeteket tartalmazó teleppel ellátott tartály az egyes elrendezések alatt közvetlenül elhelyezett gázelosztó szerkezettel kombinálva, a 9A. ábra a 9. ábra szerinti keret nélküli elrendezések foglalatainak a tartály oldalfalaihoz való szerelését szemlélteti felülnézetben, a 10. ábra a permeátum elvezetésére szolgáló öblítéses szerelvény tartályba merítésének egy további változatát mutatja vázlatos oldalnézetben, all. ábra olyan kiviteli változatot mutat vázlatos oldalnézetben, ahol az öblítéses szerelvény hegyesszögű, kis helyigényű elrendezésben viszonylag mély tartályba van merítve, a 12. ábra ultraszűrésre alkalmas, üreges, szálas membránnal kialakított membrános szerkezet változó átömlésének idődiagramja, a 12A. ábra mikroszűrésre alkalmas, üreges, szálas membránnal kialakított membrános szerkezet változó átömlésének idődiagramja.

A találmány szerinti keret nélküli elrendezés felhasználható tetszőleges folyadék-folyadék szeparációs eljárásoknál, de más szeparációs eljárásoknál is. Az elrendezés különösen mikroszűrési és ultraszűrési eljárásokban való felhasználáshoz van kialakítva, és felhasználható nagy szerves molekulák, emulgeált szerves folyadékok és kolloid vagy szuszpendált szilárd anyagok szokásosan vízből történő eltávolítására. Tipikus felhasználási terület a (I) membrános bioreaktorban való használat, amellyel permeátumként tisztított vizet állítanak elő, és a biomasszát visszatáplálják, (II) szennyvíz harmadlagos szűrése, amellyel a szuszpendált szilárd anyagok, patogén baktériumok és vírusok eltávolíthatók, (III) vízfolyások tisztítása, beleértve a felszíni vizek szűrését ivóvíz előállítása céljából (kolloidok eltávolítása, hosszú láncú karboxilsavak és patogének eltávolítása, (IV) biológiai tenyészetekben az áthatolásra képes folyékony összetevő szeparációja, (V) fém-hidroxid-iszapok víztelenítése és (VI) olajos hulladékvíz szűrése stb.

Valamely folyadéknak egy másiktól való szelektív szeparációjához membrános modult felhasználva, különösen modult bioreaktorral kombinálva, a rendszer működtetésével kapcsolatos költségek és problémák elkerülhetők. Olyan esetekben, amikor valamely fejletlen országnak vagy szegény közösségnek nincs elegendő erőforrása a membrános modulok beszerzésére, a találmány szerinti megoldás legelőnyösebb kiviteli alakjának a szivattyúk nélküli változatot tekintjük. Olyan esetekben, amikor hagyományosan szivattyút alkalmaznak, nincs szükség vákuumszivattyúra, mert elegendő működtető energiát szolgáltat egyetlenegy centrifugális szivattyú, amely nem alkalmas 750 Hgmm szívónyomás előállítására.

Az elrendezés szálkötegének kialakítására használt szálak bármelyik hagyományos membránanyagból elkészíthetők, feltéve, hogy a szálak hajlékonyak. Az előnyben részesített szálak membránjára jutó üzemeltetési nyomáskülönbség kb. 3,5 kPa és kb. 175 kPa közötti tartományban van. A legelőnyösebbek azok a szálak, amelyeknél a membránra jutó nyomáskülönbség 7 és 69 kPa közötti tartományban van.

A szálak előnyösen szerves polimerekből és kerámiákból készíthetők, mind izotróp, mind anizotróp változatban, és a szálak külső felületén vékony réteg vagy „bőr” van. Egyes szálak elkészíthetők fonott pamutból, amely porózus természetes latexgumival vagy vízben oldhatatlan cellulózalapú polimer anyaggal van bevonva. A szálakhoz előnyösen alkalmazható szerves polimerek a poliszulfonok, polisztirolok, beleértve a sztiroltartalmú kopolimereket, például akrilnitril-sztirolt, butadién-sztirolt és a sztirol-vinil-benzil-halid-kopolimereket, polikarbonátok, cellulózalapú polimerek, polipropilén, poli(vinil-klorid), polietilén-tereftalát és hasonló anyagok, amelyeket például az US 4230463 jelű szabadalmi leírás ismertet. Kerámiaszál előnyösen készíthető alumínium-oxidból, mint például az E. I. duPont deNemours Co. gyártmánya, és az US 4069157 szabadalmi leírás ismerteti.

A szálak kiválasztásánál tekintettel kell lenni arra, hogy alkalmasak legyenek a kívánt szerep betöltésére, és a közegbe helyezve alátámasztatlan ívet vagy hurkot alkotnak, amely ív vagy hurok méreteit a szálköteg hosszúsága és a foglalatok közötti távköz határozza meg. Habár a lényegében parabolikus ív szokásosan szimmetrikusan alakul ki, mivel a foglalatokat a közegben egyazon síkban helyezzük el, azonban az ív alakja aszimmetrikus is lehet. Az ív aszimmetrikus lesz akkor, ha az egyik foglalat alacsonyabb szinten helyezkedik el a másiktól keresztirányban távköznyire. Az elrendezés egyetlenegy esetben sincs modul jellegű héjba zárva.

„Zárt végű”, vagyis elfolyás nélküli tartályban tipikusan a közeg nem áramlik keresztirányban át a szálakon. Ha a zárt végű tartályban a közeg mégis áramlik valamilyen mértékig, akkor ez vagy annak a levegőztetésnek köszönhető, ami a szálköteg alatt történik, vagy annak a mechanikus keverésnek, amelyet a szilárd anyagok szuszpendált állapotban tartásához alkalmazunk. Nagyobb az áramlás a szálkötegen át olyan tartályokban, amelyen át a közeg folyamatosan áramlik, de a folyadéknak a szálakon át való áramlási sebessége túl jelentéktelen ahhoz, hogy megakadályozza a növekvő mikroorganizmusok feltapadását vagy szuszpendált részecskék, például mikroszkopikus kovás részecskéknek a szálak felületére való kiülepedésének meggátlására.

Üreges szálas membránok esetében a szál külső átmérője legalább 20 pm, és legnagyobb méretük akár kb. 3 mm-es is lehet tipikusan azonban a kb. 0,1-2 mm tartományban vannak. A szálak falvastagsága legalább 5 μτη, de elérheti akár az 1,2 mm vastagságot is, tipikusan azonban a szál külső átmérőjének kb. 15 és kb. 60%-a közötti

HU 221 925 Bl tartományban, legelőnyösebben 0,5-1,2 mm tartományban van.

A szálak pólusainak átlagos keresztmetszeti mérete széles tartományban változhat és kb. az 5 χ 10-¹⁰ és 10-'° m közötti tartományban. Feladott közegben levő összetevők ultraszűréséhez a pórusok átmérője előnyösen kb. 5 χ 10~¹⁰ és 10-^? m közötti tartományban, mikroszűréshez 10~⁷ és 10~⁶ m közötti tartományban van.

Eltérően egy hagyományos modultól a szálkötegben levő szálak hosszúsága lényegében független a szálak szilárdságától vagy átmérőjétől, mivel a szálköteg úszik, illetve lebeg, mind a buborékok, mind a közeg miatt, amelybe telepítve van. A szálkötegben levő minden egyes szál hosszúságát előnyösen azok a körülmények határozzák meg, amelyek között az elrendezésnek működnie kell. A szálak hosszúsága tipikusan 1-5 m, attól függően, hogy milyenek a közeg tömegének méretei (mélység és szélesség), ahová az elrendezést telepíteni kell. A foglalatok anyaga legelőnyösebben - mind hőre lágyuló, mind hőre keményedő - műgyanta anyagok, amelyek adott esetben üvegszál-erősítéssel bórvagy grafitszál-, vagy hasonló erősítéssel vannak ellátva. A hőre lágyuló anyagok viszonylag alacsony, 100 °C alatti üzemi hőmérséklet esetén előnyösek, és ezeket úgy kell kiválasztani, hogy a szálak anyagával elegendő mértékben kompatibilisek legyenek tartós folyadékzáró kötés létrehozásához. Az ilyen hőre lágyuló anyagok lehetnek kristályosak, például poliolefinek, poliamidok (nejlon), polikarbonátok és hasonlók, félkristályosak, például poli(éter-éter-keton) (PEEK.) vagy lényegében amorf jellegűek, például poli(vinil-klorid) (PVC) és hasonlók. Nagyobb üzemi hőmérsékletekhez és az egyszerű alkalmazhatósághoz előnyösen hőre keményedő gyanták választhatók.

Az egy elrendezésben levő szálak száma tetszőleges, tipikusan és körülbelül 1000 és 10 000 között van, és egy szálköteg felületének előnyös tartománya 10-100 m² között van.

Az a megoldás, amellyel a szálakat a foglalatokba erősítjük, nem igazán lényeges, megválasztása attól függ, hogy mi a foglalat és a szál anyaga, továbbá a kiöntéstől eltérő eljárás költsége. Mindazáltal lényeges, hogy minden egyes szál folyadékzáró módon legyen rögzítve a vonatkozó foglalatba. Ez megoldható egyszerűen azáltal, hogy a szálak végső szakaszait kiöntés előtt nem szálkötegeljük túl szorosan egymáshoz.

Az 1. ábra két kísérlet eredményeit hasonlítja össze, amelyek közül az egyikben Yamamoto és társai 1989es cikke szerinti megoldást alkalmaztuk (2. görbe), de olyan levegőztető felhasználásával, amelyik a levegőt oldalról bocsátotta be és sugárirányban befelé irányította, amint azt Chienchaisri és társai javasolták. A másik kísérlet során a találmány szerinti eljárást és keret nélküli elrendezést próbáltuk ki (1. görbe). A kísérletek közötti különbségeket a később megadott 3. példában részletezzük.

Amint belátható, az átömlés l/m²/h/kPa egységben (hagyományosan lmh/kPa jelöléssel írják) a keret nélküli elrendezéssel 50 óránál kisebb időn belül egyensúlyi értékre áll be, szemben a Yamamoto és társai-féle megoldással, ahol az átömlés folyamatosan csökken. Nyilvánvaló, hogy a Yamamoto és társai-féle megoldás reprodukciójával elért eredmények jóval kedvezőbbek, mint ahogy azt a beszámolók ismertetik, de a keret nélküli elrendezés még ennél is jobb eredményeket ad. Az összehasonlítás további részleteit a szemléltetésként megadott példákban ismertetjük.

A 2. ábrán robbantott nézetű képen 10 membrános szerkezet egy részlete látható, amely egy pár egyik foglalatát (a másik ezzel lényegében azonos), permeátumot összegyűjtő 20 gyűjtőedényt és permeátumot elvezető 30 gyűjtőcsöveket tartalmaz. Az ábrázolt 11 foglalat téglalap alakú, mivel ez az alak készíthető el a legkényelmesebben oly módon, hogy 12 szálakat kiöntőgyantával, például epoxigyantával kiöntjük. Habár a 12 szálakat nem egymáshoz szoros közelségben ábrázoltuk, mint ahogy azok általában vannak, azonban nyilvánvaló, hogy a 12 szálak egymással nem érintkeznek, hanem egymástól távköznyire helyezkednek el, és közöttük kikeményedett epoxigyanta helyezkedik el.

All foglalat kialakításához bármilyen hagyományos módszer felhasználható, és nem képezi a találmány részét, csupán a magyarázat kedvéért írjuk le, hogyan alakítható ki.

Egy szálköteget rögzítőszerkezet egymástól eltávolított karjai közé helyezünk. A karok végein kör alakú szorítószerkezet, például (csavarral) állítható és gumiszalaggal bélelt tömlőbilincs, amely szorosan összetartja a nyaláb mindkét végét, és a nyaláb parabola alakú hurokban lóg a két kar között. A két kar között középen és alul a parabola alakú hurok csúcsának közelében a szálak szorosan egymás mellett, de egymástól távköznyire helyezkednek el. Ekkor téglalap alakú és kíkeményítetlen folyékony öntőgyantát tartalmazó öntőedényt helyezünk a nyaláb alá, és ezáltal a hurokban levő mindegyik 12 szál bemerül elegendő mértékben ahhoz, hogy a gyanta megkeményedésekor minden 12 szálat biztonságosan befoglaljon. A gyanta minden egyes 12 szálat nagyjából 1-5 cm mélységig befed, előnyösen 2-5 cm hosszan, a hurok tengelyének mindkét oldalán. Mikor a gyanta megkeményedik, akkor a 12 szálak a kikeményedett tömbbe bele vannak foglalva. A tömböt ezután függőleges síkban a hurok középvonala mentén elmetsszük, és ezáltal szabaddá tesszük a 12 szálak nyitott végeit.

A tömb elülső hátulsó falait függőleges irányú 11 ’ élek (z tengely) és oldalirányú 13’ élek (x tengely) határolják, míg az oldalfalakat all’ élek és a keresztirányú 13” élek (y tengely), valamint a 13’ és 13” élek által meghatározott 13 alaplap határolja. A tömb fenékrészét ezután vízszintes síkban éles pengével vágjuk, és ezzel tesszük szabaddá a 12 szálak nyitott végeit.

A 20 gyűjtőedény mérete úgy van kialakítva, hogy szorosan fogadja be a 11 foglalat 13 alaplapját, amely a 20 gyűjtőedény permeátumot összegyűjtő tartománya fölött helyezkedik el. Ez hagyományosan téglalap alakú edény készítésével oldható meg, amely edénynek 23 alaplapja lényegében ugyanolyan hosszúságú és szélességű, mint a 13 alaplap. A 20 gyűjtőedény szélén a 2A. ábrán bemutatott körülfütó csatorna van kiképezve,

HU 221 925 Β1 amely szerint a 20 gyűjtőedény 20’ fala 22 csatornában végződik, és a 22 csatornának lényegében véve vízszintes 22” válla és függőleges 22’ tartópereme van.

A 2B. ábra all foglalatot alulról a 13 alaplap felől mutatja, ahol látható, hogy a 12 szálak nyitott 12’ végeinek egymással való érintkezését megakadályozza az öntőgyanta. A 12 szálak véletlenszerű elosztását egyedülállóan jellemzi geometriailag szabálytalan 14 határvonala, amely a véletlenszerűen elosztott legkülső nyitott 12’ végek kívül eső körvonalait köti össze.

A 12 szálak nyitott 12’ végeiből a permeátum a 20 gyűjtőedény 23 alaplapjára folyik, és a gyűjtőtartományból a permeátumot elvezető 30 gyűjtőcsöveken át folyik el, amely a 20 gyűjtőedény fenekére helyezhető, és szabadon nyitottan közlekedik a 20 gyűjtőedény belső részével. Kívánt esetben az elvezetés a 20 gyűjtőedény oldalán a bejelölt 30’ gyűjtőcsövön át is történhet. Akár kizárólag gravitációs úton, akár szivattyúval előállított membránra jutó nyomáskülönbséggel üzemeltetve nyilvánvaló, hogy all foglalat kerülete és a 20 gyűjtőedény szélén levő 22 csatorna között folyadékzáró tömítést kell létesíteni. Ilyen tömítés létesíthető bármilyen erre alkalmas hagyományos eszköz, például megfelelő tömítőelem vagy tömítőanyag, tipikusan szilikongyanta alkalmazásával, amelyet all foglalat alsó széle és a 22 csatorna közé kell helyezni.

Belátható azonban, hogy hengeres alakú foglalat is előállítható, amennyiben szükséges. Hasonló módon további más alakú, például elliptikus körvonalú foglalatok is készíthetők, amennyiben ez szükséges, de a legelőnyösebbnek a téglalap alakú foglalatokat tekintjük.

Amint a 2. ábra mutatja, az egyes 12 szálak lényegében véve egymással párhuzamosak all foglalatok közelében, és a 12 szálak végső szakaszai áthaladnak a 11 foglalatokon és ezáltal nyitott 12’ végeik all foglalat alsó 13 alaplapján szabadon hozzáférhetők. Egy szálkötegen belül a 12 szálak közepei közötti távolság vízszintes síkban tekintve a 12 szálak külső átmérőjének kb. 1,2-5-szörösét teszik ki. A12 szálak közötti 11 foglalatban mérhető távolság megválasztott értéke határozza meg a 12 szálaknak all foglalatok közelében vett sűrűségét, de ez nem egy lényeges szempont a szálkötegen belül levő egyes 12 szálak közötti viszonylagos helyzetet tekintve, azonban nyilvánvaló, hogy minél több 12 szál van minél sűrűbben betöltve az egyes 11 foglalatokba, annál kisebb a távolság a szálkötegben levő 12 szálak között.

A foglalaton belüli szálsűrűséget úgy kell megválasztani, hogy a közeg térfogategységére minél nagyobb membránfelület jusson, anélkül azonban, hogy hátrányosan befolyásolja a közegnek a szálkötegen át történő cirkulációját. A foglalatokat az úszva függesztett szálköteghez képest lefelé levő kiürítéssel ellátott gyűjtőedénybe szerelése helyett a fent ismertetett elrendezéstől eltérően nyilvánvaló módon úgy is szerelhetők, hogy a foglalatok a hozzájuk társított gyűjtőedényekkel együtt úgy is szerelhetők, hogy a permeátumot oldalirányban ellenkező irányokba ürítik ki, vagy egyazon oldalsó irányba, miközben a szálköteg továbbra is parabola alakban telepíthető, ha a 12 szálak elegendő hosszúak. Belátható azonban, hogy mindegyik esetben a permeátum elvezetésének helye a 12 szálak alatt van, és a foglalatok szerelésének legegyszerűbb módja esetében a permeátum lefelé távolítható el.

Habár a közegbe helyezett szálköteg lényegében parabola alakot vesz fel, ez azonban nem szerkezeti alak, és ez az alak folyamatosan változhat, és ezen változás mértéke a 12 szálak hajlékonyságától, hosszúságától, a szálköteg összméretétől és alakjától, a 12 szálak közeg által okozott mozgásától és - amennyiben ilyet használunk - a gázelosztó szerkezetből jövő oxigéntartalmú gáztól függ. A szálkötegnek akkor sincs szerkezetileg meghatározott alakja, mielőtt még a foglalatokat a hozzájuk társított permeátumot gyűjtő tartállyal együtt felszereljük, mivel mindkét foglalat a hozzájuk társított gyűjtőedénnyel együtt egymáshoz képest tetszőleges irányban elmozdítható, és az elmozdítást csupán az őket összekötő 12 szálak korlátozzák.

A 3. ábra egy tipikusan kialakított 40 szerelvényt mutat, amely tartályban használható. A 40 szerelvény egy nyaláb 42 szálat és 50 gázelosztó szerkezetet tartalmaz. A szálnyaláb keresztmetszetének (amelyből nyilvánvaló okból az ábrán csupán egyetlen sort tüntettünk fel) alakja hosszúkás téglalap szabálytalan oldalakkal, amelyeket az egyes oldalak mentén véletlenszerűen elhelyezett 42 szálak határoznak meg. A téglalap akár viszonylag négyzetes, vagy meglehetősen keskeny is lehet, attól függően, hogy milyen számarányban helyezkednek el a 42 szálak a keresztirányú sorokban az oldalirányú sorokhoz képest. A négyzetes alakot nagy tömegű 42 szálból több sor alkotja (csak egy van feltüntetve), és tipikusan 10-50 sor helyezkedik el egy szálköteg „w” szélessége mentén - az oldalirányú x tengely mentén mérve - és legalább ennyi szál helyezkedik el mindegyik keresztirányú sorban.

így ha nagyjából 100 db 42 szál helyezkedik el egymástól kis távköznyire a hosszúkás nyaláb y tengely mentén mért „1” hosszúsága mentén, és minden egyes oldalirányú sorban kb. 50 db 42 szál helyezkedik el, akkor a 41 foglalatba nagyjából 5000 db 42 szál végső szakasza van befoglalva. A hosszúkás nyaláb 42 szálainak ellenkező végén levő végső szakaszok a 41 foglalattal azonos módon 41’ foglalatba vannak foglalva. A 41 és 41 ’ foglalatokban levő minden egyes 42 szál nyitott végei alul levő 43 és 43’ gyűjtőedények gyűjtési zónájának irányába lefelé állnak, és mindegyik 41, 41’ foglalat széle mentén tömítetten kapcsolódik a vonatkozó 43, 43’ gyűjtőedény széléhez. Az egyes 43, 43’ gyűjtőedények 45 és 45’gyűjtőcsöveken át permeátumot elvezető 46 gyűjtővezetékre csatlakoznak, amelyen át a 43, 43’ gyűjtőedényekből a permeátum folyamatosan elvezethető. Ha a permeátumot ugyanazon síkban vezetjük el, amelyben a 45 és 45’ gyűjtőcsövek, valamint a 46 gyűjtővezeték elhelyezkednek, és a 42 szálak által képzett membránra jutó nyomáskülönbség 35-75 kPa tartományban van, akkor a 46 gyűjtővezeték centrifugális szivattyú szívóoldalához kapcsolható, amely létrehozza a megfelelő NPSH-értéket.

Szuszpendált és oldott szerves és szervetlen anyagot tartalmazó közegbe helyezve a 42 szálak szálköteg13

HU 221 925 Β1 ben felfelé ívelten állnak, és lebegve úsznak a közegben, és a 42 szálak végei a 41, 41’ foglalatokba rögzítve helyezkednek el. Ez azért alakul ki így, mert (I) a permeátum lényegében véve tiszta víz, amelynek sűrűsége kisebb, mint a közegé, és a legtöbb polimer sűrűsége, amelyből a szálakat készítik, ugyancsak kisebb, mint 1, továbbá (II) a szálakat buborékok is lebegtetik. Fontos azonban, hogy ezek a feltételek túlnyomórészt teljesüljenek, különben a szálkötegben levő egyes 42 szálak nem veszik fel ezt a lényegében parabolikus, jellegzetes hosszúkásán ívelt alakot, ami akkor jön létre, ha a 41, 41’ foglalatok alakja viszonylag keskeny téglalap. Az íven belül és közvetlenül alatta levegőt elosztó 50 gázelosztó szerkezet helyezkedik el azon sík alatt, amely vízszintes irányban halad át a 41,41 ’ foglalatok vízszintes középvonalán. Az 50 gázelosztó szerkezet két lyukacsos 51 és 51’ részre oszlik, amelyek a 41 és 41’ foglalatok szomszédságában helyezkednek el, ami által az 51 és 51’ részek átmenőlyukain át kibocsátott levegőből képződő buborékok a szálak végeinek közelében emelkednek fel, és ezután átáramlanak a szálkötegen.

A levegő bevezetésére szolgáló szerelvény típusa nem igazán lényeges, feltéve, hogy az általa képzett buborékok kb. 1-25 mm közötti előnyös mérettartományban vannak, és a buborékok emelkedési útvonalát a fölöttük levő szálak véletlenszerűen metszik a szál lényegében teljes hosszúsága mentén, és belülről kifelé haladnak a szálak által alkotott lényegében véve parabola alakú ív belsejéből.

Kívánt esetben mindkét 51 és 51’ rész beágyazható az egyes 41 és 41’ foglalatok felső felületébe, és a szálak köréjük foglalhatók be, és biztosítva, hogy a kiöntőanyag ne tömítse el az 51 és 51’ részekben a légjáratokat.

A 3A. ábra 41 foglalat oldalnézetét mutatja, amely 41 foglalat permeátumot gyűjtő 43 gyűjtőedénnyel van ellátva, amelyhez a permeátumot elvezető 45 gyűjtőcső kapcsolódik. A szálak végeit tartalmazó sorok mentén gázelosztó 52 cső helyezkedik el, és ennek két oldalán az ábrán mindkét oldalon 4-4 sor 12 szál van feltüntetve, amelyek befoglalt végső 12’ végénél levő szakaszai a 43 gyűjtőedénybe torkollnak. Ezzel azonos módon a 12 szálak ellenkező oldali végső szakaszait befoglaló másik foglalatnál a 12 szálak végénél is gázelosztó 52 cső van elhelyezve az elrendezésben. Az 52 csőből itt kilépő gáz, valamint a szálköteg 12 szálainak ellenkező végeinél kilépő gáz hatékonyan levegőzteti a teljes szálköteget.

Nyilvánvaló, hogy általában véve a 12 szálak az egyes 41 foglalatok felső felületéből állnak ki, és a felső felület a száltartó felület és az egyes 41 foglalatok alsó felülete tartalmazza a beöntött szálak nyitott végeit, és így mindegyik alulsó felület permeátumot ürítő felületet képez. Ugyanilyen nyilvánvaló, hogy a 41 foglalat bármelyik felülete szolgálhat szálhordozó felületként, és mindegyik 41 foglalat másik felülete szolgálhat permeátumürítő felületként, azonban nyilvánvaló okokból a felső felület igazán alkalmas a szálhordozó felület, az alsó felület a permeátumürítő felület szerepének betöltésére. Akármelyik felületet választjuk az egyes szerepek betöltésére, nyilvánvaló, hogy mindegyik 41 foglalaton át permeátumot távolítunk el.

A levegőt mind folyamatosan, mind szakaszosan bejuttathatjuk, általában jobb eredmény érhető el folyamatos légáramlás biztosításával. A bejuttatott levegő mennyisége függ a közeg fajtájától, a mikroorganizmusok fajtája által támasztott követelményektől (ha ilyenek vannak) és a 12 szálak felületének eltömődésre való hajlamától. Általában véve a bejuttatott levegő a közeg térfogatához viszonyítva 0,1 l/s/1-10 1/s/l tartományban van szabványos hőmérsékleten és nyomáson mérve, és állandóan elegendő mennyiségű levegőnek kell lennie a mikroorganizmusok megkívánt szaporodásának elérése érdekében.

A 4. ábra egy másik változatban mutatja a 60 elrendezést, amely felhasználható nagyméretű mély tartályba való utólagos behelyezésre, amely tartályból a permeátumot szivattyú felhasználása nélkül kell eltávolítani. A tartályon belül ilyen egymás mellett elhelyezett elrendezésekből kialakított telepet használunk a 4a. ábrának megfelelően. Mindegyik 60 elrendezés 62 szálak kötegét tartalmazza (amelynek több, véletlenszerűen elhelyezett sorai közül az áttekinthetőség kedvéért csak egyet ábrázoltunk), amely nem ábrázolt mély tartályban tartott közegbe merülve 61 és 61’ foglalatok között helyezkedik el. A közeg mélységét kb. 4 m értéken tartjuk. Amint korábban is, a 61,61’ foglalatok folyadékzáró módon 63 és 63’ gyűjtőedények gyűjtőtartományaihoz kapcsolódnak. Mindegyik 63 és 63’ gyűjtőedény elvezető 65 és 65’ gyűjtőcsövekkel van ellátva, amelyek az egyes 63, 63’ gyűjtőedények aljából állnak ki, és a permeátumot elvezető gyűjtővezetékhez csatlakoznak.

A tartály mélysége miatt a szálak 61,61’ foglalatok közötti hosszúságát kb. 2-4 m értékben választjuk, és mindegyik parabolikus ív csúcsa közvetlenül a közeg felszíne alatt helyezkedik el. A szükséges mennyiségű levegő bejuttatásához A alakú 66 gázelosztó szerkezet van kiképezve, amelynek anyaga porózus cső, és olyan ív alakban van kiképezve, hogy a porózus csövön áthaladó levegő közeli tartományon belülről a tőtől számított 1 cm és a csúcs közelében kb. 50 cm-ről buborékol át a szálkötegen. Az A alakú 66 gázelosztó szerkezet több, vízszintes (y tengely irányú) porózus 67 összekötő csövet tartalmaz, amely egy pár A alakú porózus 68 és 68’ gázelosztót tart egymástól távköznyire.

Azon folyadékoszlop magassága, amely a szálak csúcsa fölött van, a permeátum elvezetésének síkja fölött, a permeátumot átáramoltatja gravitációs úton a és 65’ gyűjtőcsöveken. A tartály leürítésekor az A alakú 66 gázelosztó szerkezet megtámasztja a hosszú szálakat, és megakadályozza, hogy ráfeküdjenek a kiürített tartály fenekére.

A 4A. ábra látszati képben teleppé összekapcsolt 60 elrendezéseket és 66 gázelosztó szerkezeteket mutat, amelyek derékszögű 69 csőkerethez kapcsolódnak és amelyet 69’ légvezeték lát el levegővel. A 61 és 61’ foglalatok minden egyes elrendezésben az A alakú gázelosztó szerkezet külső felületére vannak erősít14

HU 221 925 Β1 ve, és ezáltal a 62 szálak szabadon tudnak úszni és lengeni, és elvezető gyűjtőcsöveik gyűjtőhálózatba vannak kapcsolva (nincs ábrázolva), és minél több 60 elrendezést használunk, annál nagyobb értékű permeátumátömlés érhető el. Minden 60 elrendezés szerelvényét a tartályba süllyesztjük, és ha a permeátumot kizárólag gravitációs úton kívánjuk elvezetni, akkor a gyűjtőhálózatba kapcsolt permeátumeltávolító gyűjtőcsövekhez a tartály oldalfalán át kell csatlakozni.

Az 5. ábra vázlatos oldalnézetben mutat egy hagyományos tisztítót, amely utólagosan több 75 elrendezéssel van ellátva. A tisztító tartálya nagyméretű kör alakú tartály, amely kör alakú külső 71 terelőfallal és függőleges kör alakú belső 72 terelőfallal, valamint 73 fenékkel van kiképezve, amely a felgyülemlő iszap leeresztéséhez a középpont (csúcs) irányába lejt. A 71, 72 terelőfalak lehetnek különálló, egymáshoz közel álló téglalap alakú lemezek, amelyek külső és belső körök mentén vannak elrendezve, de előnyösebb összefüggő hengeres alakú (az ábrának megfelelő) 71, 72 terelőfalak alkalmazása. Függetlenül attól, hogy milyen 71, 72 terelőfalakat használunk, azok úgy vannak elhelyezve, hogy alsó körvonaluk meghatározott függőleges irányú távköznyire helyezkedjen el a 73 fenéktói. A feladást 74 feladóvezetéken át juttatjuk be a 70 tartály aljába mindaddig, amíg a közeg szintje a külső 71 terelőfal fölé nem emelkedik.

A külső kör alakú 71 terelőfal és a 70 tartály oldalfala között külső gyűrű alakú permeátumkivonó 75’ tartomány van, amelybe megfelelő szerelőelemekkel több 75 elrendezés van telepítve olyan mélységben, hogy a szabadon úszó szálak alámerüljenek. A külső kör alakú terelőfal és a belső kör alakú 72 terelőfal között 71’ tisztítótartomány képződik. A belső kör alakú 72 terelőfal függőleges tengelyirányú 72’ járatot képez, amelyen át a közeget bejuttatjuk a 70 tartályba. Az elrendezések a permeátumkivonó 75’ tartomány körgyűrű alakú járatában helyezkednek el (lásd az 5a. ábrát), és az ívelt járatban 76 légszerelvény helyezkedik el oly módon, hogy a szálkötegekben levő minden egyes szálnak lényegében véve a teljes felületét buborékokkal hozza érintkezésbe, amelyek folyamatosan végigmossák a szálakat. A permeátumot (nem ábrázolt) gyűjtőszerelvény vezeti át a tartály oldalán, vagy a nyitott 78 csúcson át a tartály fenekén, amely csúcson át az iszapot eltávolítják.

A permeátumot kívánt esetben kis értékű NPSH, kisebb mint 2 mm magasságú oszlop felhasználásával centrifugális szivattyúval eltávolítható a tartály fala fölött. Mikor a permeátum áramlása kialakul, akkor az már a szivattyúk nélkül is fenntartható a szifonhatás következtében, mindaddig, amíg a tartályban levő közeg szintje megmarad, és a permeátumot a közeg szintje alatt távolítjuk el.

Mivel a permeátumot eltávolító vezetékben felgyülemlő buborékok leállíthatják a szifonhatást, ezért nem kell erre a szifonhatásra támaszkodni, ha a közeget tartalmazó tartály meg van emelve ahhoz a helyhez képest, ahová a permeátumot eltávolítjuk és az légköri nyomás alá kerül. A 6. ábra ennek megvalósítására alkalmas elrendezés vázlatát mutatja. Itt nagyméretű levegőztető- 80 tartályba nem ábrázolt feladóvezetéken át közeg folyik be, ahol a levegőztetés történik. A közeg szintje lényegében megegyezik a talaj szintjével.

Ezen megoldásnál felemelt 81 tartály helyezkedik el egy 82 állványon, amelynek akkora a magassága, hogy a közegnek a 81 tartályban levő szintje a talaj szintje fölött 5-7 m magasságban van. A 81 tartályba centrifugális 83 iszapszivattyú 84 csővezetéken át előlevegőztetett közeget táplál, és a 81 tartály 85 túlfolyóval van ellátva, amely a közeget 86 csővezetéken át visszavezeti a 80 tartályba. A 81 tartályban több 87 elrendezés van (amelyek közül csak egy van ábrázolva), és hozzájuk levegőt bejuttató 89 gázelosztó szerkezet van társítva, amely különálló (nem ábrázolt) gázelosztó csöveket lát el levegővel, amely különálló gázelosztó csövek az egyes szálkötegek alatt helyezkednek el, és a közeget másodlagosan levegőztetik.

Ily módon viszonylag kisméretű tartály használható optimális levegőztetéshez, ami nemcsak a mikrobák által támasztott követelményeket elégíti ki, de egyúttal a szálak felületét is tisztán tartja. A 87 elrendezésekből a permeátumot egyenként 88 gyűjtőcső vezeti el, amely a permeátumot a talaj szintjén üríti ki.

A permeátum elvezetésére szolgáló szivattyú használatának elkerülésére alkalmas további elrendezést mutat vázlatosan a 7. ábra, ahol 91 lejtő szélének közelében nagyméretű, talajba süllyesztett 90 tartály helyezkedik el. A 4. ábrával kapcsolatban korábban ismertetett megoldáshoz hasonlóan a 90 tartályba több, 92 elrendezés van telepítve (amelyek közül csak egyet ábrázoltunk), amelyek 89 gázelosztó szerkezettel vannak társítva (nincs ábrázolva), amelyek a gázelrendezések szálkötegei alá elegendő levegőt juttatnak ahhoz, hogy a szálköteg valamennyi szálának lényegében teljes felületét folyamatosan buborékokkal öblítse. A permeátumot 93 gyűjtővezetéken át távolítjuk el, amely a permeátumot a 91 lejtő 94 aljánál adja ki, amely a 90 tartályban levő közeg szintjénél elegendő mértékben mélyebben helyezkedik el, hogy szifonhatás alakuljon ki. A szintkülönbség tipikusan 5-7 m tartományban van.

A permeátum vákuumszivattyú nélküli eltávolításának további változatát mutatja a 8. ábra, ahol földbe süllyesztett 90 tartályba több 96 elrendezés van telepítve, amelyeket 89 gázelosztó szerkezet levegőztet, és az egyes 96 elrendezések szálkötege alá levegőt táplál. A permeátumot gyűjtő gyűjtőcsövekhez (nincsenek ábrázolva) folyadékáramlás szempontjából szabadon közlekedőén iszapszivattyúként kialakított 97 szivattyú szívóoldala csatlakozik, amely a permeátumot összegyűjti az összes 96 elrendezéséből és 98 gyűjtővezetéken át eltávolítja. Annak érdekében, hogy ne kelljen szivattyút használni a tartályon belül, a tartály közelébe fúrt 100 kútba 99 centrifugálszivattyú helyezhető el. Ebben az elrendezésben eleinte a 97 szivattyúnak csupán kis folyadékoszlopot kell legyőznie, amit az a közeg szintje fölötti magasságjelent, amelyre a hurokszerűen a 97 szivattyú nyomóoldalához vezetett 98 gyűjtővezeték felemelkedik. A művelet beindulása után a permeátumot már szifonhatás továbbítja a 99 centrifugálszivattyúhoz.

A 9. ábra nagyméretű téglalap alakú 110 tartályt mutat, amelynek egymással szemben fekvő 111 és 111’ ol15

HU 221 925 Β1 dalfalai és 112 feneke van. Alii és 111’ oldalfalak egymástól kb. 3 m távolságra helyezkednek el. Az elrendezés több 140 elrendezést tartalmaz, amelyek közül az ábrán az egyik látszik. A 140 elrendezés 142 szálakat tartalmaz, amelyeket egymással szemben fekvő 141 és 141’ foglalatok rögzítenek szilárdan, és a 141,141’ foglalatok permeátumot összegyűjtő 143 és 143’ gyűjtőedényekkel közlekednek. Az ábrán feltüntetett helyzetben a 142 szálak viszonylag lapos parabolikus ív alakot vesznek fel, mivel a 141 és 141’ foglalatok közötti 142 szálak hosszúsága kisebb, mint általában lenne akkor, ha rendelkezésre álló térben a lehető legnagyobb membránfelületet akarnánk létrehozni. A szálrövidítés oka a szomszédos elrendezésekkel való összekuszálódás veszélyének csökkentése és nemcsak azokkal, amelyek oldalt helyezkednek el, hanem azokkal, amelyek a 10. ábra szerint alkalmazott többszintes telepítés esetén alatta vagy fölötte helyezkednek el. A 143 és 143’ gyűjtőedények megfelelő szerelőeszközökkel eltávolíthatóan vannak felszerelve a 111, 111’ oldalfalakra és a permeátumot gyűjtő 145 és 145’ gyűjtőcsövekbe gyűjtik, amelyek permeátumot elvezető 146 gyűjtővezetékben egyesülnek.

A 142 szálak alatt közvetlenül levő tartományban és viszonylag közel 150 gázelosztó szerkezet helyezkedik el. Tipikusan minden egyes elrendezés alá közvetlenül gázelosztó vezeték van elhelyezve, és mindegyik vezeték hozzá van kapcsolva a 150 gázelosztó szerkezethez.

Belátható, ha a tartály a talaj szintjén helyezkedik el, akkor a kialakuló folyadékoszlop nem alkalmas kizárólag gravitációs úton vákuum előállítására, és ezért szivattyút kell alkalmazni a szükséges szívás létrehozásához. Az erre alkalmas szivattyúnak rövid ideig szárazon kell járnia, és a szívóoldalon 255-510 Hgmm vagy -35 kPa és -70 kPa nyomástartományba eső vákuum előállítására. Éne alkalmas szivattyúk teljesítménye 18,91/perc, szívónyomása 380 Hgmm, amire példaként megemlítjük (i) a Jabsco gyártmányú #30510-2003 típusú hajlékony lapátos centrifugális szivattyút, (ii) levegővel üzemeltetett membránszivattyúk, például Wilden M2 típus, (iii) haladó üreges szivattyúk, például Ramoy 3561 és (iv) tömlőszivattyúk, például a Waukesha SP25 típus. Természetes, hogy minél nagyobb vákuumot állít elő a szivattyú, annál jobb az átömlés, azonban kis költségű üzemeltetésnél a vákuumszivattyú ára és üzemeltetésének költsége általában indokolatlan.

A 9A. ábra a 9. ábra szerinti elrendezés felülnézetét mutatja, amelyen fel van tüntetve annak elülső 113 fala és hátulsó 113’ fala is. A 111 és 111’ oldalfalak eltörve vannak ábrázolva, annak hangsúlyozására, hogy egy 110 tartályban tipikusan annyi 140 elrendezés van elhelyezve, amennyi elfér benne, és így lényegében véve a 110 tartály teljes területét lefedik a szálak.

Mivel a rendszer működtetése igen olcsó, ezért megindokolható a nagy membránfelülettel járó költségek nagysága. A membránfelület növelésének érdekében a 110 tartályba további 140 elrendezéseket tartalmazó második telep is beszerelhető.

A 10. ábra három, egymás fölött elrendezett és elrendezéseket tartalmazó 140 elrendezést tartalmaz, amely telep különösen jól alkalmazható mély tartályokhoz, ahol az egyes 140 elrendezések és 143 gyűjtőedényeik, a 110 tartályok 111, 111’ oldalfalaihoz vannak erősítve, és az egyik 140 elrendezés közvetlenül a másik mögött van. Akárcsak korábban, a 110 tartály fenekére közvetlenül a 140 elrendezések alá 150 gázelosztó szerkezet van elhelyezve. Ha oxigénben dúsított levegő is rendelkezésre áll, akkor levegő helyett ez is használható, ami a mikroorganizmusok szaporodó tömege által számított igények kielégítésére szolgál.

All. ábra mély tartályhoz való kiviteli alakot mutat, amely egyetlen 158 elrendezésében a szálak hosszabbak, mint a tartály szélessége vagy átmérője, és ezáltal hozható létre a megfelelő felületnagyság, mivel a 10. ábrán bemutatott 142 elrendezéseket tartalmazó telepek nem alkalmazhatók. Amint az ábra mutatja, a 158 elrendezés lejtősen helyezkedik el a tartályban, és 143’ gyűjtőedénnyel társított egyik 141 ’ foglalata a tartály alja közelében van a falhoz rögzítve, míg gyűjtőedénnyel társított másik 151’ foglalat keresztirányban a tartály szemben fekvő falára van szerelve, és így a felső 151’ foglalat vízszintes középvonalán áthaladó vízszintes sík függőleges irányban távköznyire helyezkedik el az alul levő 141’ foglalat vízszintes középvonalán áthaladó vízszintes síktól. Akárcsak az előző megoldásoknál, a 143 gyűjtőedényekhez permeátumot elvezető 155 és 155’ gyűjtőcsövek csatlakoznak, amelyek 156 gyűjtővezetékben egyesülnek.

A 158 elrendezés szálai alá közvetlenül ívelt és porózus 152 gázelosztó szerkezet van felszerelve, amely a szálakat tisztító gázt szolgáltat, és 153 csővezetéken át gázforráshoz kapcsolódik.

A fent szemléltetett valamennyi kiviteli alak esetében belátható, hogy az alkalmazott szivattyú - ha egyáltalán van ilyen - nem szükségszerűen vákuumszivattyú. Ennélfogva a vákuumszivattyúval, annak üzemeltetésével és karbantartásával kapcsolatos költségek elkerülhetők. Nyilvánvaló azonban, hogy ha 500 Hgmm-nél nagyobb vagy a gravitáció által létrehozottnál nagyobb vákuum előállításához vákuumszivattyút használnánk, akkor az átömlés növekedne, és olyan esetekben, amikor nagy átömlésre van szükség, akkor a vákuumszivattyúval kapcsolatos költségek indokoltak lehetnek.

A továbbiakban a találmányt olyan példák alapján szemléltetjük, amikor a találmány szerinti megoldást mikronnál kisebb méretű kovarészecskéket tartalmazó szennyvízfolyást tisztítunk hagyományos aktív iszapos eljárással. Más szeparációs problémák megoldására alkalmas kiviteli alakok és foganatosítási módok esetében hasonló elrendezéseket és folyamatokat lehet felhasználni.

7. példa - ultraszűrés

Figyelőlétesítmény 100 1 térfogatú és 80 1 tartalmú tartályába 201/nap térfogatárammal és 25 °C hőmérsékleten növekvő mikroorganizmusokat tartalmazó aktivált iszapot folyatunk. A 3. ábra szerint kialakított különálló keret nélküli elrendezést (1,1 m² felületi tartománnyal) merítünk a tartályba oly módon, hogy minden egyes szál ívének csúcsa éppen a tartályban levő

HU 221 925 Bl folyadékfelület alatt legyen. Az aktivált iszapban levő szuszpendált szilárd anyag összmennyisége 17,5 g/1 (1,72 t%), és az illékony szuszpendált szilárd anyagok mennyisége 15 g/1 (1,48 t%). A keret nélküli elrendezést mikroporózus és üreges ultraszűrésre poliszulfonszálból képzett szálköteggel alakítjuk ki, amelyben a szálak külső átmérője 2 mm, falvastagsága kb. 1 mm, felületi porozitása kb. 40% és pórusmérete kb. 7 x 10~⁸ m, és mindkét utóbbi fizikai jellemzőt polietilénglikol (PEG) molekulasúlya határozza meg, amelynek határa kb. 70 000. A szálak ellenkező végei rendre első és második foglalatokba vannak öntéssel befoglalva. Mindegyik foglalat 25 mm hosszú félhengermetszet 50 mm átmérőjű epoxigyanta hengerből, amelybe bele vannak öntve a szálak végső szakaszai átlagosan mintegy 15 mm mélységig. A membránra jutó átlagos nyomáskülönbség kb. 25 kPa.

Az egyes foglalatok gyűjtőedényeihez csatlakoztatott permeátumelvezető gyűjtőcsöveket 34,5 kPa szívónyomás alá helyezzük. 1-5 mm átmérőtartományba eső buborékok előállításához légbenyomó vezetéket használunk, amely a buborékokat a szálköteg teteje alatt kb. 0,75 m távolságra bocsátja ki. A levegő térfogatárama legelőnyösebben 40 m³/nap/m²-75 m³/nap/m² tartományban van felületegységben számítva. 0,5 m³/óra (20 SCFH) levegőt használunk fel a 0,3 m² felülethez, ami nem csupán a biomassza oxidációs követelményeinek kielégítésére elegendő, de a membrán „gázos tisztításához” vagy „levegős tisztításához”.

Az elvezetett permeátum átlagosan kisebb, mint 0,1 NTU (turbiditásra jellemző egység, nephelometric turbidity unit=NTU), ami szabad szemmel vizsgálva lényegében véve átlátszó. A meghatározott időközönként elvezetett permeátum mennyiségét mértük, és az eredményeket a 12. ábrán átömlésként (l-m²-óra, „LMH”) az idő függvényében. Induláskor az elvezetett permeátum mennyiségét hatóránként mértük. Ezután a mérési időszakokat folyamatosan 12 órára, 24 órára, majd kb. 48 órára emeltük, amint azt a diagramon bejelölt pontok jelzik.

Belátható, hogy induláskor az átömlés közel 14 LMH, de az első napon gyorsan leesik 8 LMH értékre. Ezután az átömlés lényegében állandó értékű marad, amit jelez a diagram viszonylag lapos jellege, ami az első nap eltelte után nagyjából 8 LMH értéknél kezdődik.

2. példa - mikroszűrés

Mikroszűrési kísérletet végeztünk el poliszulfon mikroszűrő szálakkal egy második elrendezéssel, amelynek az összfelülete ugyanakkora volt, mint az 1. példa első elrendezésének és a vizsgálati eljárás körülményei azzal megegyeztek, és ilyen feltételek mellett vizsgáltuk az átömlést az idő függvényében.

A poliszulfon mikroszűrő üreges szálakból készített második keret nélküli elrendezést ugyanabba a kísérleti berendezés tartályba helyeztük, mint az első elrendezést, és ugyanakkora „légöblítéssel” üzemeltettük, és az iszapot ugyanolyan térfogatárammal adtuk fel. A második elrendezés szálainak külső átmérője 1 mm, falvastagsága kb. 0,5 mm, felületi porozitása kb. 40% és a pórusok átmérője kb. 10⁷ m, és a két utóbbi fizikai tulajdonságot a molekulasúly határának értéke határozta meg, ami 100 000. Az elrendezés hasonló módon volt kialakítva, mint a fenti 1. példában alkalmazott első elrendezés, és ily módon 1,1 m nagyságú összfelületet adott. Ugyanazt a kísérleti berendezés tartályt használtuk, mint az előző példában.

A keret nélküli elrendezés 200 darab üreges és mikroporózus poliszulfon mikroszűrő szálat tartalmazó szálköteggel volt ellátva, és a pórusok mérete kb. 10 ⁷ m volt, és mindkét fizikai tulajdonságot a PEG (polietilénglikol) molekulasúlyának határa határozta meg, ami kb. 100 000. A szálak szemközti végei vonatkozó első és második foglalatokba vannak befoglalva. Mindegyik foglalat 45 cm hosszú, 5 cm átmérőjű epoxigyanta hengerből készített félhenger metszet, és a szálakat elegendő mélységig beöntöttük, hogy nyitott végeik kiálljanak a foglalat aljából. Mindegyik foglalatban 400 beöntött szál vége van, mivel az 1 mm átmérőjű szálak kisebb mérete a korábbi 2 mm átmérőjű szálak felületének csak a felét adja, és ugyanakkora 1,1 m² összfelületű szálköteghez kétszer annyi szál kell. A membránra jutó átlagos nyomáskülönbség nagyjából 25 kPa.

Minden egyes foglalat gyűjtőedényéhez permeátumot eltávolító vezeték csatlakozik, és ezeket 34,5 kPa szívónyomás alá helyeztük. Közvetlenül a szálköteg alá 0,57 m³/óra (20 SCFH) térfogatáramú levegőt juttatunk, ami nem csupán a biomassza oxidációs követelményeinek kielégítésére, hanem a membrán „levegős öblítésére” is elegendő.

Az elvezetett permeátumot megmérve azt kisebb mint 0,5 NTU értékűnek találtuk, ami szabad szemmel alig különböztethető meg. Amint korábban, az elvezetett permeátum mennyiségét meghatározott időnként megmértük, és az értékeket a 12a. ábrán átömlésként (LMH) tüntettük fel az idő függvényében. Látható, hogy az átömlés kezdetben 45 LMH értékű, de az első napon gyorsan 25 LMH értékre esik. Ezután az átömlés lényegében állandó értékű marad, amit a görbének az első nap utáni viszonylag lapos jellege mutat, ahol az átömlés nagyobb mint 20 LMH értékű, és három hét alatt nem mutat csökkenést, és ekkor a vizsgálatot befejeztük.

3. példa

A keret nélküli elrendezést légelosztó szerkezettel együtt tartalmazó szerelvénnyel nyert eredményeket összehasonlítottuk Kazuo Yamamoto és társai: Szilárdfolyékony anyagok közvetlen elválasztása aktív iszapos levegőztetett tartályban üreges szálas membrán felhasználásával című cikke (Water Science Technology, 21. kötet, Brighton, 1989, 43-54. old.) szerint kialakított szerelvénnyel nyert eredményekkel. Ezt a kísérleti összehasonlítást két lényegében azonos keret nélküli elrendezésnek két lényegében azonos 80 literes és ugyanazzal az aktivált iszapos közeggel töltött tartályba helyeztük. A Yamamoto és társai által végzett kísérletek és az általunk végzett kísérletek közötti különbségek kizárólag a következők voltak: a (I) Yamamoto-féle kísérleti elrendezés szálainak kialakítását megfordítottuk a keret nélküli elrendezéshez viszonyítva; (II) a Yamamoto és

HU 221 925 Bl társai-féle elrendezésben az elrendezés fordítva tartásához a szálakat huzalból készített kerethez rögzítettük (annak érdekében, hogy a szálak a foglalatok síkja alatt maradjanak); (III) a Yamamoto és társai-féle kísérlet reprodukciójához használt levegőt levegőztetőből bocsátottuk ki, míg a keret nélküli elrendezéshez a levegőt 0,2 mm nyílásokkal ellátott diffűzorból bocsátottuk ki. A bejuttatott levegő adagolási sebességét Chienchaisri és társai által megadott módon határoztuk meg.

401 közeget tartalmazó 801 űrtartalmú tartályba helyezett foglalat alá 280 különálló szálat tartalmazó keret nélküli elrendezést függesztettünk. A szálak 0,75 m hosszúak voltak, belső átmérőjük 0,4 mm, külső átmérőjük 0,46 mm, pórusméretük 4 χ 10~⁸ m volt, és a PEG molekulasúly-határa 100 000 volt. A szálakat egymástól eltávolított helyzetben fordított és lényegében parabola alakban rögzítettük (a továbbiakban „fordított parabola alak” néven hivatkozunk rá). A szálak anyaga Celgard gyártmányú polipropilén (hidrofób jellegű és hasonlít a Yamamoto és társai által használt anyaghoz). Mindegyik foglalat átmérője 50 mm volt, és hosszúságuk 0,45 m.

A Yamamoto és társai szerinti légbevezetést utánoztuk fúvókás levegőztetővei, és három inline (Venturi) levegőztetővei, amelyeknek egyenkénti maximális szabadlevegő-szivattyúzó teljesítménye 11,5 1/perc értékű 6,5 1/perc vízfogyasztás mellett, és mindegyik perforált függőleges ürítőszárral volt ellátva, amelyen kb. 0,25 mm átmérőjű lyukak voltak, és ezen át áramlott a víz és a levegő keveréke, miközben nagyjából 1 mm átmérőjű légbuborékokat képzett. A levegő nyomása 300 kPa értékű volt, és a tartály oldalából a közepe felé irányultak a buborékok, rá a keret nélküli elrendezésre. A levegő átömlési mennyiségét áramlásmérővel mértük, és értéke 34,5 1/perc (72 SCFH) értékű volt, és a szálakon keresztüláramló mennyiség 2,05 m³/óra/m² értékű volt.

Egy második tartályba azonos kialakítású keret nélküli elrendezést helyeztünk oly módon, hogy a szálak úszva szabadon képesek voltak a közegben lengeni, és lényegében parabola alakot vettek fel. A parabola alakú második keret nélküli elrendezéshez a levegőt 136 kPa nyomáson bocsátottuk be levegőelosztó csövön át, amelyen 0,2 mm átmérőjű nyílások voltak. A második elrendezéshez kevesebb levegőt használtunk, mivel a nagyobb buborékok előállításához nem kellett olyan nagy áramlási sebesség, mint a fúvókás levegőztetőhöz. A levegő átömlési sebességét áramlásmérővel mértük, és értéke 0,11/perc (20 SCFH) volt, és így a szálakon való átáramlás sebessége 0,57 m³/óra/m² értékű.

Az 1. ábrán tüntettük fel mindkét esetben az átömlést az idő függvényében, ahol a parabola alakú keret nélküli elrendezés átömlésének diagramját 1 hivatkozási jellel, és a fordított parabola alakú elrendezés átömlését 2 hivatkozási jellel jelöltük. Azt várhatnánk, hogy az átömlés mindegyik esetben azonos. 50 óra elteltével azonban látható, hogy a parabolaelrendezés átömlése egyensúlyi helyzetet ér el, ezzel szemben a fordított parabola alakú elrendezés átömlése állandóan csökken.

Ennek alapján nyilvánvaló, hogy a találmány szerinti membrános eszköz és alapvető szeparációs eljárások felhasználhatók nagymértékben különböző kereskedelmi szempontból jelentős anyagok visszanyerésére és elválasztására, amelyek közül néhányat - amelyekre példaként hivatkoztunk - foglal magában a mikron és mikronnál kisebb méretű kovatartalmú anyagot tartalmazó talajvíz kinyerése vagy festékkel szennyezett oldószerből az oldószer visszanyerése. Minden egyes felhasználásnál a membrán megválasztása függ az anyagok fizikai tulajdonságaitól és a megkívánt szeparációtól. A gáz megválasztása attól függ, hogy a közeghez szükség vane oxigénre. Kovatartalmú vizes közegben levő szálak „gázos” öblítéséhez szén-dioxid használható.

Minden egyes esetben az egyszerű eljárás a következő lépéseket foglalja magában: a nagyszámú üreges, szálas membránt tartalmazó keret nélküli elrendezést, amelyben a szálak hosszúsága nagyobb, mint 0,5 m, és együttes felületük nagyobb, mint 1 m², a közegbe helyezzük, amely közeg nincs modulhéjba zárva, és ezáltal a szálak lényegében szabadon képesek lengeni a közegben. Tipikusan a közeg nem áll a légkörinél nagyobb nyomás alatt. A szálak membránra jutó nyomáskülönbsége kicsi, és kb. 3,5 kPa és kb. 350 kPa közötti tartományban van. A foglalatokat, a szálak végső szakaszait és a szálak végeit a fent ismertetett módon egymástól távköznyire helyezzük el, ami által a foglalatok közül legalább az egyiknek, de előnyösen mindkettőnek az alsó felületére szívást kifejtve gyűjtőeszközön át permeátumot vezetünk el, amely gyűjtőeszközben a foglalatok folyadékzáróan, de közlekedőén vannak beszerelve. Az elrendezés viszonylagos irányától és attól a helytől függően, ahol a szívást kifejtjük, a permeátum gravitáció által létrehozott vákuum felhasználásával is elvezethető.

A fentiek alapján nyilvánvaló, hogy a találmány szerinti membrános szerkezet különösen olyan membránok felhasználására irányul, amelyek membránra jutó nyomáskülönbsége kb. 0,7 kPa és kb. 345 kPa közötti tartományban van, és ez az előírás jellemzően mutatja, hogy a membránok pórusainak mérettartománya kb. 10~⁹-10-⁷ tartományban van, és bizonyos mértékű átfedés van az ultraszűrésre és a mikroszűrésre alkalmas membránok között. Ultraszűrésre általában a 10-⁹-10~⁷ mérettartomány a jellemző, míg a mikroszűrésre a 10^_7-10^-6 tartomány a jellemző. A tartomány alsó részén a membránra jutó nyomáskülönbség általában véve meglehetősen nagy, ami megköveteli vákuumszivattyú használatát, és a tárolótartályt megnövelt nyomás alatt kell tartani.

Miután a találmányt általánosságban véve ismertettük, és példákkal szemléltettük annak legjobb módját, hogyan lehet a hosszú szálakat tartalmazó keret nélküli elrendezést magában foglaló membrános szerkezetet kialakítani és a közegbe telepíteni, amelyből egy meghatározott összetevőt kell permeátumként kivonni, és kitanítást adtunk arra nézve, hogyan használható ez a szerkezet gázelosztó szerkezetet tartalmazó szerelvényre, és szemléltető példákat adtunk arra nézve, hogy milyen rendszerekben és eljárásokkal használható a szerel18

HU 221 925 Β1 vény, ezért a találmány nem korlátozható a bemutatott és ismertetett példákra, és különösen nem korlátozható szigorúan az itt ismertetett részletekre.

Claims (22)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Membrános elrendezés permeátum kivonásához több összetevős folyékony közegből, azzal jellemezve, hogy több üreges szál (12, 12’, 42, 62, 142) által alkotott membránt tartalmazó elrendezést (75, 92, 150) tartalmaz, amelyekben a szálak (12, 12’, 42, 62, 142) együttes felülete nagyobb, mint 1 m², és a közegben szabadon lengve helyezkednek el, továbbá a szálak (12, 12’, 42, 62, 142) membránra jutó nyomáskülönbségének üzemi tartománya 0,7 kPa és 345 kPa között van, hosszúságuk nagyobb, mint 0,5 m, a közegben egymástól távköznyire első és második (11,11’, 41,41’, 61, 6Γ) foglalatból képzett pár van elhelyezve, és telepített helyzetben a szálak (12, 12’, 42,

   62.142) az egyik (11,11’, 41,41’, 61,61’) foglalat vízszintes középvonalán átmenő vízszintes sík fölötti ívelt alakban helyezkednek el, a szálak (12, 12’, 42, 62, 142) egyik oldali végső szakaszai az első (11, 11’, 41, 4Γ, 61, 6Γ) foglalatba vannak erősítve, és a szálak (12, 12’, 42, 62, 142) másik oldali végső szakaszai a második foglalatba (11, 1Γ, 41,4Γ, 61, 6Γ) vannak erősítve, és az összes szál (12, 12’, 42, 62, 142) a foglalatok (11, 11’, 41, 41’, 61, 6Γ) egyik felületéből indul ki, és valamennyi szál (12, 12’, 42, 62,142) legalább egyik vége nyitott;

   a szálak (12, 12’, 42, 62, 142) a foglalatokba (11, 1Γ, 41,41’, 61,6Γ) egymáshoz képest folyadékzáróan tömítetten vannak a foglalatokba (11, 1Γ, 41, 41’, 61, 6Γ) erősítve;

   a szálak (12,12’, 42,62,142) nyitott végéhez a szálakból (12, 12’, 42, 62, 142) nyert permeátumot összegyűjtő gyűjtőedény (20,43, 63), a gyűjtőedényhez (20, 43, 63) a permeátumot elvezető gyűjtőcső (30, 45, 65, 65’, 88,155,155’) kapcsolódik.
2. 2. Az 1. igénypont szerinti membrános elrendezés, azzal jellemezve, hogy minden egyes ívelt szál (12, 12’,

   42.62.142) csúcsa a közeg felszíne alatt helyezkedik el.
3. 3. Az 1. igénypont szerinti membrános elrendezés, azzal jellemezve, hogy foglalatok (11, 1Γ, 41, 4Γ, 61, 6Γ) anyaga szilárd szintetikus gyantamassza, amelybe a szálak (12, 12’, 42, 62, 142) végső szakaszai be vannak öntve, és a szálak (12,12’, 42,62,142) anyaga szerves gyanta vagy kerámia.
4. 4. A 3. igénypont szerinti membrános elrendezés, azzal jellemezve, hogy az üreges szálak (12, 12’, 42, 62, 142) külső átmérője kb. 0,02 és kb. 3 mm közötti tartományban van, és falvastagsága kb. 0,005 és kb. 2 mm közötti tartományban van, és anyaga természetes vagy szintetikus polimer pórusainak mérete 10-⁹-10~⁶ m közötti tartományban van.
5. 5. A 4. igénypont szerinti membrános elrendezés, azzal jellemezve, hogy a szálak (12, 12’, 42, 62, 142) végső szakaszai kb. 10 mm és kb. 50 mm közötti mélységig vannak befoglalva hőre keményedő műgyanta masszába, és a foglalatok (11,1Γ, 41,41’, 61, 6Γ) egymáshoz képest keresztirányban és függőleges irányban távköznyire, bonthatóan vannak felszerelve.
6. 6. Az 5. igénypont szerinti membrános szerkezet, azzal jellemezve, hogy a foglalatban (11, 11’, 41, 4Γ, 61, 6Γ) levő szálak (12,12’, 42,62,142) nyitott végeit kívülről geometriailag szabálytalan burkológörbe határolja.
7. 7. Az 5. igénypont szerinti membrános elrendezés, azzal jellemezve, hogy a szálak (12, 12’, 42, 62, 142) összfelülete 10-1000 m² tartományban van.
8. 8. Gázöblítéses szerelvény membrános elrendezéssel, a membrános szerkezet üreges szálak felületén szemcsés üledék felhalmozódásának csökkentésére és több összetevős folyékony közegből permeátum visszanyerésére, azzal jellemezve, hogy 1-10 atm tartományban levő nyomás alatt tartott közegben elhelyezkedő üreges szálak (12,12’, 42,62,142) által alkotott membrános elrendezést (60, 75, 87, 97, 140, 158) tartalmaz, és a szálak (12,12’, 42,62,142) végei a közegben egymástól távköznyire elhelyezkedően kialakított első és második foglalatba (11, 1Γ, 41, 41’, 61, 6Γ) vannak erősítve, és a szálak (12,12’, 42,62,142) közegben szabadon lengve helyezkednek el, továbbá a szálak (12, 12’, 42, 62, 142) végső szakaszai tömítetten vannak beerősítve az első foglalatba (11,1Γ, 41, 41’, 61, 6Γ), és a szálak (12, 12’, 42, 62, 142) ellenkező végén levő végső szakaszai a második foglalatba (11, 1Γ, 41, 4Γ, 61, 6Γ) vannak tömítetten beerősítve, és a szálak (12, 12’, 42,62,142) legalább egyik vége nyitott, és a foglalattal (11,11’, 41,41’, 61,6Γ) a permeátumot kibocsátó közlekedő kapcsolatban vannak;

   a szálak (12, 12’, 42, 62, 142) a foglalatban (11, 1Γ, 41,4Γ, 61, 6Γ) tömítetten vannak rögzítve;

   a szálak (12, 12’, 42, 62, 142) nyitott végei gyűjtőedénnyel (20, 43, 63) vannak tömített, közlekedő kapcsolatban;

   a foglalatok (11, 1Γ, 41, 4Γ, 61, 6Γ) és a gyűjtőedények (20,43, 63) a közegben való felszerelésre szolgáló szerkezettel vannak társítva;

   a foglalatokba (11, 1Γ, 41, 4Γ, 61, 6Γ) erősített szálakhoz (12,12’, 42,62,142) azok közé buborékokat eresztő, átmenőlyukakkal ellátott gázelosztó szerkezet (50,66, 76, 89,152) van társítva.
9. 9. A 8. igénypont szerinti gázöblítéses szerelvény, azzal jellemezve, hogy a gázelosztó szerkezetnek (50, 66, 76, 89,152) a szálak (12,12’, 42, 62,142) viszonylag szoros közelségben, a szálaktól (12, 12’, 42, 62, 142) 1-51 cm távolságban mérve 1 mm-50 mm átmérőtartományba eső buborékok előállításához kialakított átmenőjáratai vannak.
10. 10. A 9. igénypont szerinti gázöblítéses szerelvény, azzal jellemezve, hogy a gázelosztó szerkezetnek (50, 66, 76, 89, 152) 0,3-400 m³/nap/m² tartományba eső térfogat-sebességű gázátömlés mellett a szálak (12, 12’, 42, 62,142) viszonylag szoros közelségben, a szálak (12, 12’, 42, 62, 142) 1-51 cm távolságban mérve 1 mm-25 mm mérettartományba eső és valamennyi szálat (12, 12’, 42, 62, 142) lényegében teljes hossza mentén buborékokkal öblített állapotban tartó buborékokat előállító átmenőjáratai vannak.

    HU 221 925 Β1
11. 11. A 9. igénypont szerinti gázöblítéses szerelvény, azzal jellemezve, hogy a járatnak 10~⁹-10-⁷ m nagyságú pórusai vannak, és a gáz oxigéntartalmú gáz, és a szemcsés anyag a közegben szaporodó, biológiailag aktív mikroorganizmusokat tartalmaz.
12. 12. A 9. igénypont szerinti gázöblítéses szerelvény, azzal jellemezve, hogy a szemcsés anyag finoman elosztott szervetlen részecskéket tartalmaz.
13. 13. Rendszer permeátumnak több összetevős folyékony és szuszpendált szemcsés anyagot tartalmazó folyékony közegből való kivonásához, azzal jellemezve, hogy üreges szálak (12, 12’, 42, 62, 142) által alkotott membrános elrendezést (60,75,87,97,140,158) és ezzel kombinált gázelosztó szerkezetet (50, 66, 76, 89, 152) tartalmaz, és legalább 100 1 folyékony közeget befogadó, környezeti nyomáson levő tartálya (70, 81, 90) van, továbbá a közegben egymástól távköznyire szerelhetően kialakított foglalat- (11, 11’, 41, 41’, 61, 61’) párja van, amelyből az első foglalatba (11, 1Γ, 41, 4Γ, 61, 6Γ) több szál (12,12’, 42, 62,142) végső szakaszai vannak beleerősítve, és a szálak (12, 12’, 42, 62, 142) ellenkező oldali végső szakaszai második foglalatba (11, 1Γ,

    41, 4Γ, 61, 6Γ) vannak erősítve, és a szálaknak (12, 12’, 42, 62, 142) a permeátumot a foglalatokon (11, 1Γ, 41, 4Γ, 61, 6Γ) át kibocsátó nyitott vége van, és legalább az egyik foglalat (11, 11’, 41, 4Γ, 61, 6Γ) a másik foglalat (11, 1Γ, 41, 4Γ, 61, 6Γ) vízszintes középvonalán áthaladó vízszintes sík alatt van elhelyezve, és a szálak (12,12’, 42, 62, 142) a közegben szabadon lengve helyezkednek el, a rendszerben továbbá a permeátumot összegyűjtő gyűjtőedény (20, 43, 63) van, amely a szálak (12, 12’,

    42, 62,142) üregével közlekedő kapcsolatban van, a rendszer a permeátumot elvezető szerkezethez kapcsolódó gyűjtőcsövet (30, 45, 65, 65’, 88, 155, 155’), valamint a szálak (12, 12’, 42, 62, 142) között felfelé áramló, a szálakat (12, 12’, 42, 62, 142) állandóan öblítő, és a szálakat (12, 12’, 42, 62, 142) a felületükre kiülepedő szemcsés anyagok felrakodásával szemben védő buborékokat előállító gázelosztó szerkezettel (50, 66, 76, 89,152) van ellátva.
14. 14. A 13. igénypont szerinti rendszer, azzaljellemezve, hogy a gázelosztó szerkezetnek (50, 66, 76, 89, 152) a szálak (12, 12’, 42, 62, 142) viszonylag szoros közelségben, a szálaktól (12,12’, 42,62,142) 1-51 cm távolságban mérve 1 mm-50 mm átmérőtartományba eső, a szálak (12,12’, 42, 62,142) teljes hosszát öblítő és a szemcsés anyagból képződő üledék felhalmozódásától mentes állapotban tartó buborékokat előállító átmenőjáratai vannak, és a szemcsés anyag a közegben fejlődő mikroorganizmusokat és/vagy benne szuszpendált, finoman elosztott szervetlen részecskéket tartalmaz.
15. 15. A 14. igénypont szerinti rendszer, azzaljellemezve, hogy mindegyik foglalat (11, 11’, 41, 41’, 61, 6Γ) szilárd műgyanta masszából van kiképezve, és legalább 100 végső szakasz van belefoglalva, és valamennyi üreges szál (12, 12’, 42, 62, 142) külső átmérője kb.

    0,02 és kb. 3 mm közötti tartományban, falvastagsága kb. 0,005 és kb. 1 mm közötti tartományban van, továbbá a szálak (12, 12’, 42, 62, 142) végső szakaszai a gyantába kb. 1 cm és kb. 5 cm közötti mélységig vannak befoglalva.
16. 16. A15. igénypont szerinti rendszer, azzaljellemezve, hogy a permeátumot elvezető gyűjtőcsőhöz kisebb mint 99,992 kPa értékű vákuum előállítására alkalmas szivattyú (97) kapcsolódik.
17. 17. Eljárás üreges szálak által képzett membránok külső felületének szemcsés anyagból képződő üledéktől mentesen tartására tartályban levő több összetevős folyékony közegből permeátum szeparációja közben, azzal jellemezve, hogy az eljárás során üreges szálakat (12,12’, 42, 62, 142) merítünk a közegbe, és a szálakat (12, 12’, 42, 62, 142) egymástól távköznyire levő első és második foglalatba (11,1Γ, 41,4Γ, 61, 6Γ) rögzítjük, amely szálak (12,12’, 42,62,142) membránra jutó üzemi nyomáskülönbsége kb. 0,7 kPa és kb. 345 kPa közötti tartományban van, összfelületük nagysága nagyobb, mint 1 m², hosszúságuk nagyobb, mint az első és második foglalat (11, 1Γ, 41, 4Γ, 61, 6Γ) közötti közvetlen távolság, és a szálak (12, 12’, 42, 62,142) a foglalat (11,11’, 41,41’, 61,61’) vízszintes középvonalán áthaladó vízszintes sík fölött szabadon lengve helyezkednek el, a foglalatokat (11, 1Γ, 41, 41’, 61, 6Γ) a permeátumot összegyűjtő gyűjtőedénnyel (20, 43, 63) folyadékzáró közlekedő kapcsolatba hozzuk;

    a szálak (12, 12’, 42,62, 142) közelében és közvetlen alatta, a szálak (12, 12’, 42, 62, 142) végei között levő tartományban elhelyezett gázelosztó szerkezeten (50, 66, 76, 89,152) át száltisztító gázt áramoltatunk át, és a szálak (12,12’, 42,62,142) felületeit a gáz buborékainak fizikai ütközésével minden egyes szál (12, 12’, 42, 62, 142) lényegében teljes hossza mentén a buborékokkal öblítjük, és a felrakodástól mentesen tartjuk; és a szálakon (12, 12’, 42, 62,142) kialakuló átömlést az eljárás szerinti üzemeltetés megkezdése után kezdetben elért egyensúlyi értékkel lényegében azonos állandó értéken tartjuk;

    a permeátumot a gyűjtőedényben (20,43, 63) összegyűjtjük;

    majd a permeátumot elvezetjük.
18. 18. A 17. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy az üreges szálak (12,12’, 42,62,142) külső átmérője kb. 0,02 és kb. 3 mm közötti, falvastagsága kb. 0,005 és kb. 1 mm közötti tartományban van, és mindegyik foglalatot (11, 1Γ, 41, 41’, 61, 6Γ) hőre keményedé műgyanta masszából alakítjuk ki, és a szálak (12,12’, 42, 62, 142) végső szakaszait kb. 1 cm és kb. 5 cm közötti mélységig foglaljuk a műgyanta anyagába, továbbá a gázelosztó szerkezettel (50, 66, 76, 89, 152) kb. 1 mm és kb. 5 mm közötti tartományba eső átlagos átmérőjű buborékokat állítunk elő.
19. 19. A 17. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a gázt kb. 10 és 200 m³/nap/m² közötti tartományba eső térfogatárammal adjuk be, és a permeátumot gravitációs úton előállított membránra jutó nyomáskülönbséggel vonjuk ki.

    HU 221 925 Bl
20. 20. A 17. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a gázt kb. 10 és 200 m³/nap/m² közötti tartományba eső térfogatárammal adjuk be, és a permeátumot szivattyúval (97) vonjuk ki, amely szívóoldalán 99,992 kPanál kisebb értékű vákuum előállítására van kialakítva. 5
21. 21. A 17. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a gázt kb. 10 és 200 m³/nap/m² közötti tartományba eső térfogatárammal adjuk be, és a permeátumot szivattyúval (97) vonjuk ki, amely szívóoldalán nagyobb, mint 99,992 kPa vákuum előállítására van kialakítva.
22. 22. A 20. igénypont szerinti eljárás, azzal jellemezve, hogy a szálakat (12,12’, 42,62,142) lényegében pa rabola alakban helyezzük el a közegben.