NL1008376C2

NL1008376C2 - Filtratiemembraanmodule.

Info

Publication number: NL1008376C2
Application number: NL1008376A
Authority: NL
Inventors: Ingo Blume; Hendrik Dirk Willem Roesink; Petrus Cornelus Kamp
Original assignee: X Flow Bv
Priority date: 1998-02-20
Filing date: 1998-02-20
Publication date: 1999-08-24
Also published as: ATE368503T1; ES2292224T3; EP0937492A3; DE69936673T2; DE69936673D1; EP0937492A2; CA2262170A1; US6203699B1; EP0937492B1; ZA991349B; CA2262170C

Description

NL 43.441-Kp/Ra/mo/co Fi1tratiemembraanmodule

De uitvinding heeft betrekking op een capillaire-filtratiemembraanraodule, omvattende een filterhuis voorzien van een aanvoer, een afvoer en een membraancompartiment met daarin aangebracht een bundel capillaire filtratiemembranen, 5 welke filtratiemembranen aan beide uiteinden van de membraan-module zijn gevat in membraanhouders, waarbij in het membraancompartiment met de afvoer gekoppelde afvoergeleidingen zijn aangebracht voor geleiding van het permeaat.

Een dergelijke filtratiemembraanmodule is bekend uit 10 de Nederlandse octrooiaanvrage NL-A-1.004.489 van aanvraagster. De hierin beschreven afvoergeleidingen in de vorm van afvoerpijpen bieden een aanzienlijke verbetering in de geleiding van door de membraanwand gepasseerde vloeistof, het permeaat, naar de afvoer van de membraanmodule. Uitermate sterke 15 lokale stromingen, die de capillaire membranen kunnen beschadigen of dichtknijpen, worden op deze wijze in hoge mate, maar niet geheel voorkomen. De toegepaste afvoerpijpen nemen in de dwarsrichting van de module gezien veel plaats in, hetgeen ten koste gaat van het aantal capillaire membranen dat 20 in de membraanmodule kan worden aangebracht. Een geringer aantal capillaire membranen leidt tot een geringere filtratiecapaciteit van de membraanmodule.

De uitvinding beoogt de hierboven aangehaalde nadelen op te heffen. Hiertoe verschaft de uitvinding een filtra-25 tiemembraanmodule, met het kenmerk, dat de afvoergeleidingen ten minste één in het membraancompartiment geplaatste en in hoofdzaak zich in de lengterichting van de capillaire filtra-tiemembranen uitstrekkende afvoerlamel omvatten.

De afvoerlamellen kunnen zeer veel dunner worden 30 uitgevoerd dan de breedte van de bekende afvoerpijpen bij een gelijke afvoercapaciteit, zodat meer capillaire filtratiemembranen in de membraanmodule kunnen worden opgenomen. De membraanmodule volgens de uitvinding heeft tevens het voordeel dat de stroming van het permeaat via de afvoerlamellen naar 35 de afvoer nog gelijkmatiger verloopt dan bij toepassing van afvoerpijpen. De op de capillaire filtratiemembranen uitgeoe- 1008376 2 fende krachten zullen zodoende beter worden verdeeld. Voorts worden de capillaire filtratiemembranen bij periodiek schoon-spoelen voor verwijdering van vervuiling uit en/of van de raembraanwand, hetgeen wordt bewerkstelligd door het omkeren 5 van de stroomrichting van de vloeistofstroom, beter en over de gehele lengte gelijkmatiger aangestroomd. Dit leidt tot een verbeterde reiniging van de membraanwand van de capillaire filtratiemembranen, waardoor de gebruiksduur wordt verlengd en behoud van de filtratiecapaciteit beter is gewaar-10 borgd. Ook worden bij het spoelen vaak chemicaliën aan de spoelvloeistof toegevoegd voor een extra reinigende werking. De toepassing van afvoerlamellen resulteert in een duidelijk verbeterde afvoer van deze chemicaliën uit de membraanmodule.

Teneinde een maximale afvoercapaciteit te bereiken 15 is de lengte van de afvoerlamellen althans ongeveer gelijk aan de lengte van het membraancompartiment. Tevens wordt een gelijkmatige stroming van permeaat en spoelvloeistof binnen het membraancompartiment op deze wijze bevorderd.

In een voorkeursuitvoeringsvorm bezitten de afvoer-20 lamellen golvingen, welke golvingen althans ongeveer loodrecht op de langsrichting van de capillaire filtratiemembranen verlopen. Permeaat en spoelvloeistof kan binnen de golvingen respectievelijk worden af- en aangevoerd. De capillaire filtratiemembranen zullen de ruimte binnen deze golvingen J 25 niet opvullen, zodat een onbelemmerde doorvoer van permeaat en spoelvloeistof binnen deze golvingen naar de afvoer wordt gevormd.

Bij voorkeur zijn de naar de capillaire filtratie-membranen gerichte toppen van de golvingen van de afvoerla-30 mellen in hoofdzaak vlak. De capillaire filtratiemembranen liggen op deze wijze aan tegen in hoofdzaak vlakke delen van de afvoerlamellen. Tijdens gebruik door de afvoerlamellen op de capillaire filtratiemembranen uitgeoefende krachten worden zodoende over een groter oppervlak verdeeld, zodat de kans op 35 beschadigen of dichtknijpen van de capillaire filtratiemembranen geringer is.

In een andere mogelijke uitvoeringsvorm zijn de afvoerlamellen dubbelwandig uitgevoerd, waarbij de wanden zijn voorzien van ten minste één afvoeropening naar het membraan- m

TH

1 1008376 3 compartiment. Permeaat kan nu via de afvoeropeningen binnen de ruimte tussen de wanden van de afvoerlamellen stromen en vervolgens via deze ruimte naar de afvoer worden geleid. De wanden zullen in hoofdzaak vlak zijn, zodat door de wanden op 5 de capillaire filtratiemembranen uitgeoefende krachten over een groot oppervlak en dus beter worden verdeeld.

De uitvinding zal hieronder worden toegelicht aan de hand van de bijgaande tekening, waarin gelijke verwijzings-cijfers naar gelijke of gelijksoortige delen verwijzen, en 10 waarin: - fig. 1 een langsdoorsnede toont van een filtratie-membraanmodule; - de fign. 2 en 3 dwarsdoorsneden tonen van filtra-tiemembraanmodules volgens de uitvinding met respectievelijk 15 een gegolfde en een dubbelwandige afvoerlamel; - de fign. 4a en 4b respectievelijk een gedeeltelijk zijaanzicht en een gedeeltelijke dwarsdoorsnede tonen van een gegolfde afvoerlamel; en - de fign. 5a en 5b respectievelijk een gedeeltelijk 20 zijaanzicht en een gedeeltelijke dwarsdoorsnede tonen van een dubbelwandige afvoerlamel.

De in fig. 1 getoonde uitvoeringsvorm van de capillaire -filtratiemembraanmodule omvat een filterhuis 10 voorzien van een membraancompartiment 20 met hierin opgenomen een 25 bundel capillaire filtratiemembranen 21. Deze capillaire filtratiemembranen zullen in de praktijk veelal micro- of ultra-filtratiemembranen zijn. Binnen het membraancompartiment 20 is voorzien in een centraal geplaatst afvoercompartiment 40. Voorts zijn pijpen opgenomen die doorvoerkanalen 50 vormen 30 voor het doorvoeren van de te filtreren vloeistof naar de andere zijde van de membraanmodule. Dit is van voordeel wanneer verschillende membraanmodules in serie in een drukvat zijn aangebracht. Aan de uiteinden van de membraanmodule zijn de capillaire filtratiemembranen 21 gevat in membraanhouders 35 30 die de ruimte tussen de capillaire filtratiemembranen 21, het filterhuis 10, het afvoercompartiment 40 en de doorvoerkanalen 50 afsluiten. De membraanhouders 30 bestaan in de getoonde uitvoeringsvorm uit een in de membraanmodule aangebracht hars, waarin de capillaire filtratiemembranen 21 zijn 1008376 4 ingebed. De capillaire filtratiemembranen dienen aan ten minste één uiteinde open te zijn.

De fign. 2 en 3 tonen twee mogelijke dwarsdoorsneden van de membraanmodule uit fig. 1. Hierin zijn respectievelijk 5 afvoerlamellen 61 en 62 zichtbaar. De ruimte die wordt ihge-sloten door de vier getoonde doorvoerkanalen 50 vormt het afvoer compartiment 40. De afvoerlamellen zijn, zoals getoond, naar de afvoer in de vorm van het afvoercompartiment 40 gericht en verlopen ongeveer evenwijdig aan de capillaire fil-10 tratiemembranen 21. De lengte van de afvoerlamellen is in hoofdzaak gelijk aan de lengte van het membraancompartiment 20, alhoewel dit laatste niet zichtbaar is in de figuren.

De afvoerlamellen 61 die in fig. 2 zijn weergegeven, zijn in de fign. 4a en 4b in respectievelijk zijaanzicht en 15 dwarsdoorsnede getoond. De afvoerlamellen 61 bezitten golvingen, waarbij een golving althans ongeveer loodrecht op de langsrichting van de capillaire filtratiemembranen 21 verloopt. De golvingen bezitten in doorsnede gezien bij benadering een blokgolfpatroon. De delen van de golving die contact 20 maken met de capillaire filtratiemembranen zijn vlak. Wanneer er, tijdens gebruik, een kracht door de afvoerlamellen op de capillaire filtratiemembranen wordt uitgeoefend, dan wordt deze kracht over een aanzienlijk oppervlak van de afvoerlamel verdeeld. Dit resulteert in een uitermate geringe kans op 25 beschadigen of dichtdrukken van de capillaire filtratiemembranen. Teneinde deze kans verder te verkleinen is de over-gang van een langsstuk naar een dwarsstuk van de golving met een ronding uitgevoerd.

De afvoerlamellen 62 volgens fig. 3 zijn in de fign. 30 5a en 5b in respectievelijk zijaanzicht en dwarsdoorsnede weergegeven. Deze afvoerlamellen 62 bezitten een dubbele wand, waarbij de wanden zijn voorzien van afvoeropeningen naar het membraancompartiment. Ook bij de afvoerlamellen 62 liggen de capillaire filtratiemembranen 21 in het membraan-35 compartiment aan tegen in hoofdzaak vlakke delen van de afvoerlamellen 62, teneinde beschadigen en dichtdrukken van de capillaire filtratiemembranen 21 te voorkomen. De afvoerlamellen 62 zijn tussen de wanden van de lamel voorzien van ï ! 1008376 ,j 5 niet getoonde verbindingsstukken om de beide wanden als een geheel bijeen te houden.

De afvoeropeningen kunnen anders zijn gevormd of anders zijn verdeeld dan in fig. 5 is weergegeven. Er kan 5 bijvoorbeeld voor worden gekozen om, in de getoonde uitvoeringsvorm, meer door de afvoeropeningen gevormd afvoerend oppervlak in de richting van de buitenzijde van de membraanmo-dule te vormen in de afvoerlamellen 62 door het verschaffen van meer of van grotere openingen. Het aantal capillaire fil-10 tratiemembranen neemt in buitenwaartse richting van de mem-braanmodule toe, zodat meer afvoerend oppervlak aan de bedoelde zijde van de afvoerlamellen gunstig kan zijn.

Het geheel van de doorvoerkanalen en de afvoerlamellen kan in de getoonde uitvoeringsvorm tijdens vervaardigen 15 worden samengesteld door bijvoorbeeld de pijpen die de doorvoerkanalen vormen door middel van op zich bekende bevestigingsmiddelen rond ringen te bevestigen, waarbij een sleuf tussen de afzonderlijke doorvoerkanalen wordt gevormd. In deze sleuf kunnen de afvoerlamellen vervolgens klemmend wor-20 den ingestoken. Er dient hierbij wel te worden gewaarborgd dat er doorheen de sleuf een open verbinding wordt gevormd van het membraancompartiment naar het afvoercompartiment. In het geval van de gegolfde afvoerlamel 61 wordt de open verbinding gevormd via de binnenzijde van de golvingen; in het 25 geval van de dubbelwandige afvoerlamel 62 wordt de open verbinding gevormd door de ruimte tussen de wanden van afvoerlamel en de afvoeropeningen in de wanden.

Er wordt opgemerkt dat het ook mogelijk is om een enkelwandige, geheel vlakke afvoerlamel toe te passen, zolang 30 er een open verbinding doorheen de sleuf tot stand wordt gebracht . In het geval van de vlakke lamel kan dit plaatsvinden door op de juiste plaats afstandstukken op de afvoerlamel of binnen de sleuf op de pijpen van het doorvoerkanaal aan te brengen.

35 Het is niet noodzakelijk om een centraal afvoercom- partiment toe te passen. Dit afvoercompartiment kan bijvoorbeeld ook uit verdeeld binnen het membraancompartiment aangebrachte pijpen bestaan, of annulair of anderszins buiten 1008376 6 het membraancompartiment zijn gevormd. Voorts is het niet noodzakelijk dat er doorvoerkanalen worden toegepast.

Tijdens gebruik stroomt de te filtreren vloeistof binnen de capillaire filtratiemembranen 21. De vloeistof die 5 de membraanwand passeert, het permeaat, komt nu via de af-voerlamellen 61 of 62 in het afvoercompartiment 40 en kan van hieruit verder worden afgevoerd. In het geval van de afvoer-lamellen 61 wordt het permeaat binnen de golvingen geleid; in het geval van de afvoerlamellen 62 wordt het permeaat door-10 heen de afvoeropeningen en het inwendige van de dubbelwandige lamellen geleid. De stroming van permeaat vanaf de capillaire filtratiemembranen 21 vindt nu uitermate gelijkmatig plaats in de richting van de afvoerlamellen, zonder sterke lokale stromingen.

15 Bij periodiek schoonspoelen van de membraanwand wordt de vloeistofstroom omgekeerd. Spoelvloeistof wordt nu via het afvoercompartiment aangevoerd en wordt via de afvoerlamellen naar het membraancompartiment geleid. De vloeistof zal de membraanwand nu van buiten naar binnen de capillaire 20 filtratiemembranen passeren en in en/of op de membraanwand achtergebleven vuil meevoeren. De gehele lengte van de capillaire filtratiemembranen wordt bij toepassing van de afvoerlamellen uitermate gelijkmatig van spoelvloeistof voorzien, zonder sterke lokale stromingen of wervelingen.

5 25 Het filterhuis, het afvoercompartiment, de doorvoer kanalen, de lamellen en dergelijke moeten zijn vervaardigd uit een materiaal dat inert is voor de te filtreren vloeistof. Dit materiaal kan bijvoorbeeld een kunststof zijn, zoals PVC of nylon, maar ook een metaal of een ander materiaal 30 is mogelijk. Een geschikte kunststof heeft echter in het algemeen de voorkeur, aangezien deze eenvoudiger en goedkoper is te verwerken.

De hierboven beschreven uitvoeringsvormen moeten niet worden opgevat als beperking van de uitvinding. Binnen 35 het kader van de onderhavige uitvinding en de hiernavolgende conclusies kan de filtratiemembraanmodule in diverse uitvoeringsvormen worden gerealiseerd, welke alle binnen de be-schermingsomvang van de uitvinding liggen.

1008376

Claims

1. Capillaire-filtratiemembraanmodule, omvattende een filterhuis voorzien van een aanvoer, een afvoer en een membraancompartiment met daarin aangebracht een bundel capillaire filtratiemembranen, welke filtratiemembranen aan beide 5 uiteinden van de membraanmodule zijn gevat in membraanhou-ders, waarbij in het membraancompartiment met de afvoer gekoppelde afvoergeleidingen zijn aangebracht voor geleiding van het permeaat, met het kenmerk, dat de afvoergeleidingen ten minste één in het membraancompartiment geplaatste en in 10 hoofdzaak zich in de lengterichting van de capillaire filtra-tiemembranen uitstrekkende afvoerlamel omvatten.

2. Capillaire-filtratiemembraanmodule volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de lengte van de afvoerlamel-len althans ongeveer gelijk is aan de lengte van het mem- 15 braancompartiment.

3. Capillaire-filtratiemembraanmodule volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de afvoerlamellen golvingen bezitten, welke golvingen althans ongeveer loodrecht op de langsrichting van de capillaire filtratiemembranen verlo- 20 pen.

4. Capillaire-filtratiemembraanmodule volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de naar de capillaire filtratiemembranen gerichte toppen van de golvingen van de afvoerlamellen in hoofdzaak vlak zijn.

5. Capillaire-filtratiemembraanmodule volgens con clusies 1 of 2, met het kenmerk, dat de afvoerlamellen dubbelwandig zijn uitgevoerd, waarbij de wanden zijn voorzien van ten minste één afvoeropening naar het membraancompartiment . 1008376