NL1006137C2

NL1006137C2 - Ultrafiltratie-inrichting.

Info

Publication number: NL1006137C2
Application number: NL1006137A
Authority: NL
Inventors: Johan Jan Scharstuhl
Original assignee: Prime Water Systems N V
Priority date: 1997-05-27
Filing date: 1997-05-27
Publication date: 1998-12-01
Also published as: WO1998053901A1; AU6750998A

Description

Ultrafiltratie-inrichting

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een ultrafiltratie-inrichting voor watersterilisatie, omvattende een filterhuis voorzien van een toevoer- en een afvoeraan-sluiting, en met daarin aangebracht een bundel capillaire 5 ultrafiltratiemembranen, waarbij de capillaire membranen aan een eerste uiteinde open zijn en aan een andere uiteinde gesloten zijn, en aan het eerste uiteinde zijn gevat in een membraanhouder die de ruimte tussen de capillaire membranen en het filterhuis afsluit.

10 Een dergelijke ultrafiltratie-inrichting is beschre ven in de Nederlandse octrooiaanvrage nr. 1.004.210. Deze ultraf iltratie-inrichting is geschikt voor de verwijdering van micro-organismen en organische verontreinigingen uit leidingwater en kan in of bij een wateraftappunt, zoals de uit-15 stroombuis van een mengkamer of bijvoorbeeld een tandartsboor, worden toegepast. De hierin toegepaste hydrofiele capillaire ultrafiltratiemembranen zijn uitermate efficiënt in het verwijderen van de levende micro-organismen en de organische verontreinigingen uit het leidingwater. Uit proeven is 20 gebleken dat bij circa 7 x 106 kolonie-vormende eenheden per ml van een bacteriënsuspensie van E. coli er na filtratie met behulp van de ultrafiltratie-inrichting geen E. coli in het gefiltreerde water kon worden aangetoond. Dergelijke micro-organismen kunnen zich in het leidingnet, maar ook na verla-25 ten van dit leidingnet ontwikkelen.

Dit is ondermeer specifiek het geval in tandartsinstrumentarium. In tandartsinstrumentarium wordt water onder andere gebruikt voor het spoelen van de mond, als koelwater bij het boren en voor het reinigen van de uitgeboorde tand 30 met behulp van een lucht/watermengsel. In het tandartsinstrumentarium is sprake van zeer lange dunne leidingen en is de doorstroming hiervan gering, aangezien er niet veel water wordt gebruikt en de druk te gering is. Er is aangetoond dat zich op de binnenzijde van deze leidingen een "biofilm" 35 vormt, waardoor het aantal bacteriën in het water in de leidingen van dit tandartsinstrumentarium zich explosief verme- 1 00 61 37 2 nigvuldigt, ook wanneer het water uit het toevoerleidingnet-werk nagenoeg geen micro-organismen bevat, en daardoor aanvaardbare normen ver overschrijdt. Bij gebruik van dergelijk water bij tandartshandelingen komen dus grote aantallen ziek-5 teverwekkers in de mondholte van de patiënt, hetgeen een gevaar voor zijn of haar gezondheid oplevert. Toepassing van de hiervoor beschreven ultrafiltratie-inrichting leidt tot een duidelijke verbetering in de hygiëne bij tandartshandelingen. Er kunnen zich echter problemen voordoen wanneer in het aan-10 gevoerde water luchtbellen aanwezig zijn. Dergelijke luchtbellen kunnen de poriën van het asymmetrische membraan verstoppen waardoor niet voldoende water beschikbaar is voor een afdoende koeling van de boor en voor het spoelen van de mond.

Met de onderhavige uitvinding is beoogd deze ultra-15 filtratie-inrichting verder te verbeteren door te vermijden dat de in het leidingwater aanwezige lucht zich in de poriën van de membraanwand van de capillaire ultrafiltratiemembranen kan verzamelen en de poriën aldus kan "verstoppen". Dit leidt namelijk tot een capaciteitsverlies van de ultrafiltratie-in-20 richting. Specifiek bij het genoemde tandartsinstrumentarium is dit een probleem, omdat er weinig ruimte beschikbaar is voor het plaatsen van een ultrafiltratie-inrichting, aangezien de ultrafiltratie-inrichting zo dicht mogelijk bij de plaats moet zijn gepositioneerd waar het water uittreedt, 25 bijvoorbeeld de boorkop van een tandartsboor. De ultrafiltratie- inrichting dient in dit geval in het boorinstrument of in de toevoerleiding hiervan te worden aangebracht. Op beide plaatsen is de beschikbare ruimte gering.

De uitvinding verschaft thans een ultrafiltratie-30 inrichting voor watersterilisatie, omvattende een filterhuis voorzien van een toevoer- en een afvoeraansluiting, en met daarin opgenomen een bundel hydrofiele capillaire ultrafil-tratiemembranen, waarbij de capillaire membranen aan een eerste uiteinde open zijn en aan een andere uiteinde gesloten 35 zijn, en aan het eerste uiteinde zijn gevat in een membraan-houder die de ruimte tussen de capillaire membranen en het filterhuis afsluit, met het kenmerk, dat de hydrofiele ultra-filtratiemembranen asymmetrisch zijn, waarbij de grote poriën zich aan de aanstroomzijde (buitenzijde) van het membraan en 1 00 61 37 3 de kleine poriën zich aan de binnenzijde ervan bevinden dan wel andersom, dat het eerste uiteinde een permeaatafvoer van een capillair ultrafiltratiemembraan vormt, en dat ten minste één hydrofoob capillair membraan is opgenomen in de bundel 5 capillaire hydrofiele ultrafiltratiemembranen, waarbij het hydrofobe capillaire membraan aan een eerste uiteinde open is en aan het andere uiteinde gesloten is, en aan het eerste uiteinde is gevat in de membraanhouder.

Uit onderzoek is gebleken dat wanneer één of meer 10 hydrofobe capillaire membranen in de bundel capillaire ultra-filtratiemembranen zijn opgenomen de in het te filtreren water aanwezige luchtbellen zich hoofdzakelijk in de wand van het hydrofobe capillaire membraan verzamelen en via het lumen van het membraan worden afgevoerd. Het opnemen van een der-15 gelijk hydrofoob membraan resulteert daarmee in een aanzienlijke capaciteitsverbetering van de ultrafiltratie-inrichting en waarborgt een continue constante wateraanvoer. Het aantal in de bundel hydrofiele capillaire ultrafiltratiemembranen op te nemen hydrofobe capillaire membranen kan afhangen van de 20 specifieke toepassing en het aantal gebruikte ultrafiltratiemembranen .

In een voorkeursuitvoeringsvorm bestaat het filter-huis uit een flexibel materiaal, zodat deze eenvoudig in een flexibele slang voor water kan worden aangebracht.

25 Gewoonlijk is het hydrofobe capillaire membraan ver vaardigd uit een hydrofoob materiaal zoals nylon, polysulfon, polyethersulfon of een ander geschikt materiaal, en in het bijzonder uit nylon. Nylon heeft namelijk gunstige hydrofobe eigenschappen en een capillair membraan is op eenvoudige en 30 goedkope wijze in allerlei afmetingen uit nylon te vervaardigen.

De uitvinding wordt hierna verder toegelicht aan de hand van de tekening, waarin de enige figuur een aanzicht in doorsnede toont van de ultrafiltratie-inrichting volgens de 35 uitvinding.

In de figuur is het filterhuis aangeduid met het verwijzingscijfer 10. Het filterhuis 10 is voorzien van een toevoeraansluiting 11 en een afvoeraansluiting 12. In het filterhuis 10 is een bundel capillaire ultrafiltratiemembra- 1 0061 37 4 nen 20 aangebracht en tevens een hydrofoob capillair membraan 25. Aan een eerste uiteinde 21 zijn de capillaire membranen 20 en 25 gevat in een filterhouder 30 die de ruimte tussen de capillaire membranen en het filterhuis afsluit. Deze filter-5 houder kan bijvoorbeeld bestaan uit een hars, zoals epoxy of polyurethaan, waarin de membranen 20 en 25 zijn ingebed en aan deze zijde zijn de capillaire membranen open. Aan het andere uiteinde 22 zijn de capillaire membranen 20 en 25 gesloten door bijvoorbeeld heat sealen of door toepassing van 10 harsproppen 40. In een voorkeursuitvoeringsvorm is het filterhuis 10 vervaardigd uit een flexibel materiaal, zodat de ultrafiltratie-inrichting in een flexibele slang voor water kan worden geplaatst.

In het filterhuis 10 kan met voordeel een koolstof-15 filter worden opgenomen. Dit filter kan zijn opgebouwd met geactiveerde koolstofkorrels die zijn opgenomen in een door-stroombare behuizing. Door het koolstoffilter worden in het water opgeloste organische verontreinigingen die de capillaire ultrafiltratiemembranen 20 zouden kunnen passeren, verwij-20 derd. Het koolstoffilter kan op verschillende wijzen in het filterhuis 10 worden opgenomen.

Te filtreren water komt via de toevoeraansluiting 11 binnen het filterhuis 10 van de ultrafiltratie-inrichting.

Het water kan de poriën in de wand van de capillaire ultra-25 filtratiemembranen 20 passeren, waarna het gefiltreerde water, het permeaat, de capillaire ultrafiltratiemembranen 20 aan het eerste uiteinde 21 verlaten. Hier bevindt zich tevens de afvoeraansluiting 20 van de ultrafiltratie-inrichting. Verontreinigingen zoals ziekteverwekkende bacteriën kunnen de 30 poriën in de wand van de capillaire ultrafiltratiemembranen 20 niet passeren en worden op uitermate efficiënte wijze uit het water gefiltreerd.

De poriën hebben een asymmetrische structuur, waarbij de poriediameter afneemt in de stroomrichting van de 35 vloeistofstroom in de membraanwand, d.w.z. met de grotere poriën aan de aanstroomzijde van de capillaire ultrafiltratiemembranen 20. Door de asymmetrische structuur van de poriën ontstaat een grote opslagcapaciteit voor uitgefilterde deeltjes en kunnen de capillaire ultrafiltratiemembranen na 1 0061 37 5 een periode van gebruik door omkeren van de waterstroom uitstekend worden gereinigd en opnieuw worden gebruikt.

In het te filtreren water zal altijd enige lucht aanwezig zijn. Deze lucht kan poriën van de capillaire ultra-5 filtratiemembranen 20 relatief moeilijk passeren en zal zich in deze poriën verzamelen. Wanneer lucht zich verzamelt in een porie van het ultrafiltratiemembraan raakt deze porie "verstopt". Door deze porie zal geen of onvoldoende water meer kunnen passeren, waardoor een capaciteitsverlies van de 10 ultrafiltratieinrichting optreedt. Dit wordt voorkomen door het toevoegen van één of meer hydrofobe capillaire membranen aan de bundel ultrafiltratiemembranen.

Er is gevonden dat wanneer één of meer van dergelij-ke hydrofobe capillaire membranen 25 in de bundel ultrafil-15 tratiemembranen 20 aanwezig zijn, de in het te filtreren water aanwezige luchtbellen zich aanvankelijk hoofdzakelijk in de poriën van deze hydrofobe capillaire membranen 25 verzamelen en vervolgens terechtkomen in het lumen van het hydrofobe membraan. De verzamelde luchtbellen zullen via het lumen 20 van het hydrofobe capillaire membraan 25 met het permeaat worden afgevoerd. Door het opnemen van een hydrofoob capillair membraan verzamelt zich nagenoeg geen lucht meer in de poriën van de hydrofiele capillaire ultrafiltratiemembranen 20. Dit resulteert in een aanzienlijke verbetering van de 25 ultrafiltratie-inrichting.

Een uitermate geschikt materiaal om de hydrofobe capillaire membranen uit te vervaardigen is nylon. Dit materiaal heeft gunstige hydrofobe eigenschappen en laat zich eenvoudig verwerken voor het vervaardigen van hydrofobe ca-30 pillaire membranen van verschillende afmetingen.

De hiervoor beschreven ultrafiltratie-inrichting kan in één van zijn vele mogelijke uitvoeringsvormen worden toe-gepast op een plaats waar water wordt gebruikt, zoals in een leidingwaterkraan of in tandartsinstrumentarium. In de toe-35 voerslang voor een tandartsboor bevindt zich bijvoorbeeld naast de elektrische leidingen en de luchtleiding ook een waterleiding voor koelwater voor het koelen van de boorkop. Een dergelijke kunststofwaterleiding bezit een doorsnede van ongeveer 2 mm. In een dergelijke leiding kan een effectief 10061 37 6 werkende ultrafiltratie-inrichting worden aangebracht die slechts vijf capillaire ultrafiltratiemembranen en één hydrofoob capillair membraan omvat. De lengte van deze capillaire membranen bedraagt ongeveer 20 cm, de diameter van de capil-5 laire ultrafiltratiemembranen ongeveer 0,8 mm en de diameter van het hydrofobe capillaire membraan bedraagt ongeveer 0,03 mm. Het zal duidelijk zijn dat de lengte, diameter, aantal van de ultrafiltratiemembranen en hydrofobe materialen afhankelijk is van de toepassingsdoeleinden. Een dergelijke ultra-10 filtratie-inrichting maakt een vloeistofstroom van ongeveer 200 ml/min. mogelijk.

De hierboven beschreven uitvoeringsvorm moet niet worden opgevat als een beperking van de uitvinding. Binnen het kader van de onderhavige uitvinding en de hiernavolgende 15 conclusies kan de ultrafiltratie-inrichting in diverse uitvoeringsvormen worden gerealiseerd, welke alle binnen de bescherm ings omvang van de uitvinding liggen.

10061 37

Claims

1. Ultrafiltratie-inrichting voor watersterilisatie, omvattende een filterhuis voorzien van een toevoer- en een afvoeraansluiting, en met daarin opgenomen een bundel hydrofiele capillaire ultrafiltratiemembranen, waarbij de capil-5 laire membranen aan een eerste uiteinde open zijn en aan een andere uiteinde gesloten zijn, en aan het eerste uiteinde zijn gevat in een membraanhouder die de ruimte tussen de capillaire membranen en het filterhuis afsluit, met het kenmerk, dat de hydrofiele ultrafiltratiemembranen asymmetrisch 10 zijn, waarbij de grote poriën zich aan de aanstroomzijde (buitenzijde) van het membraan en de kleine poriën zich aan de binnenzijde ervan bevinden dan wel andersom, dat het eerste uiteinde een permeaatafvoer van een capillair ultrafil-tratiemembraan vormt, en dat ten minste één hydrofoob capil- 15 lair membraan is opgenomen in de bundel capillaire hydrofiele ultrafiltratiemembranen, waarbij het hydrofobe capillaire membraan aan een eerste uiteinde open is en aan het andere uiteinde gesloten is, en aan het eerste uiteinde is gevat in de membraanhouder.

2. Ultrafiltratie-inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het filterhuis uit een flexibel materiaal bestaat.

3. Ultrafiltratie-inrichting volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat het hydrofobe membraan vervaardigd is 25 uit een hydrofoob materiaal zoals nylon, polysulfon, poly-ethersulfon of een ander geschikt materiaal.

4. Ultrafiltratie-inrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de inrichting is voorzien van een koolstoffilter.

5. Tandartsinstrumentarium voorzien van een ultra- filtratie-inrichting volgens één der conclusies 1-4. 10061 37