NL1016486C2 - Filterinrichting met een cilindrisch voorfilter rond een filtratiemembraanmodule. - Google Patents

Description

Filterinrichting met een cilindrisch voorfilter rond een filtratiemembraanmodule

De uitvinding heeft betrekking op een filterinrichting, omvattende een toevoer- en een afvoeraansluiting, een op de toevoeraansluiting aangesloten, althans ongeveer cilindrisch voorfilter met een langs de 5 cilinderas hiervan verlopende holte, en een op de afvoeraansluiting aangesloten filtratiemembraanmodule die althans gedeeltelijk in de holte van het voorfilter is opgenomen, waarbij het voorfilter en de filtratiemembraanmodule in serie zijn geschakeld en de 10 filtratiemembraanmodule een bundel capillaire filtratiemembranen omvat waarvan geopende uiteinden zijn aangesloten op de afvoeraansluiting.

Een dergelijk filter is bekend uit de Amerikaanse octrooipublicatie US-A-4.636.307. Het bekende filter omvat 15 een behuizing met een toevoer- en een afvoeraansluiting. Binnen deze behuizing is een althans ongeveer cilindrisch lichaam aangebracht waarin een adsorptiemiddel is opgenomen, welk cilindrisch lichaam met adsorptiemiddel het voorfilter vormt. De bovenzijde van dit lichaam bezit een inlaat voor 20 een te filtreren vloeistof. Het lichaam is voorzien van een holle kern boven een onderste deel van het lichaam, waarbij het bovenstuk van dit onderste deel dat de holle kern aan de onderzijde begrenst, van een uitlaat voor de vloeistof is voorzien. Een buitenste en binnenste cilindermantel van dit 25 lichaam, die respectievelijk het voorfilter aan de buitenzijde en de holle kern begrenzen, zijn ondoorlatend voor de vloeistof uitgevoerd. Het adsorptiemiddel is voorzien tussen de beide cilindermantels en in het onderste gedeelte, en wordt bij gebruik doorstroomd door de te filtreren 30 vloeistof. Binnen de holle kern is de filtratiemembraanmodule met capillaire filtratiemembranen aangebracht. Nadat de vloeistof de uitlaat van het voorfilter heeft verlaten, zal deze door de wand van de capillaire filtratiemembranen Ί 0 1 64 8 6m 2 penetreren, waardoor een volgende filtratiestap wordt uitgevoerd. De capillaire filtratiemembranen bezitten een open uiteinde waardoor de gefiltreerde vloeistof de afvoeraansluiting van de filterinrichting kan bereiken. Het 5 bezwaar van de bekende filterinrichting is dat de vloeistof een lange weg door het voorfilter moet afleggen en een inlaat en uitlaat met slechts een beperkte grootte beschikbaar zijn. Dit leidt tot een hoog noodzakelijk drukverschil over het voorfilter om een voldoende opbrengst van de filterinrichting 10 te bereiken, hetgeen een algemene toepassing van een dergelijk filter in de weg staat.

Met de uitvinding wordt beoogd om het hierboven aangehaalde bezwaar van de bekende filterinrichting op te heffen. Hiertoe voorziet de uitvinding in een 15 filterinrichting van de in de aanhef genoemde soort, met het kenmerk, dat de buitenste cilindermantel van het voorfilter een toevoer, en de binnenste mantel van het voorfilter die de holte rond de cilinderas omgeeft, een afvoer voor het voorfilter vormt. De te filtreren vloeistof kan aldus in een 20 richting loodrecht op de cilinderas door het voorfilter stromen, hetgeen bij een gelijke hoeveelheid adsorptiemiddel een veel korter stromingspad zal opleveren. Door een zelfde hoeveelheid adsorptiemiddel toe te passen als in de bekende filterinrichting wordt gewaarborgd dat de adsorptiecapaciteit 25 gelijk blijft. Aangezien de stromingsweerstand in de configuratie van de filterinrichting volgens de uitvinding aanzienlijk is verlaagd, kan ook voor een grotere hoeveelheid adsorptiemiddel worden gekozen, zodat de adsorptiecapaciteit zal worden verhoogd. Een verder voordeel van de configuratie 30 van de filterinrichting volgens de uitvinding is dat deze eenvoudiger van constructie is, en aldus goedkoper kan worden vervaardigd.

In een efficiënt te vervaardigen voorkeursuitvoeringsvorm van de filterinrichting volgens de 35 uitvinding is de holte doorgaand door het voorfilter gevormd.

Een verdere uitvoeringsvorm van de filterinrichting volgens de uitvinding, waarbij het voorfilter actieve kool omvat, wordt gekenmerkt doordat het voorfilter een blok .t '' 3 ! actieve kool omvat. Hierdoor wordt gewaarborgd dat het voorfilter een grote opvang- of adsorptiecapaciteit bezit. De filtratie is eveneens effectiever dan bij gebruikelijk toegepaste actieve kool in granulaatvorm, aangezien de te j 5 filtreren vloeistof niet tussen de korrels van het granulaat door kan stromen zonder te worden gefilterd door oppervlaktecontact. De vloeistof wordt gedwongen om door de actieve kool stromen. Het blok kan eveneens als een zelfdragende eenheid in de filterinrichting worden toegepast, 10 waardoor een lichaam zoals voor het opnemen van bijvoorbeeld granulaatkorrels overbodig is.

Het blok actieve kool is bij voorkeur door middel van gieten gevormd. Er zullen in dat geval geen korrelgrenzen binnen het blok aanwezig zijn zoals bij een geperst blok 15 actieve kool. Dergelijke korrelgrenzen verminderen de effectiviteit van het blok. Verdere voordelige eigenschappen van een dergelijk gegoten blok zijn dat deze niet of nauwelijks koolstof afscheidt die de filtratiemembranen zouden kunnen verstoppen, en dat een uitermate effectieve 20 voorfiltratie tot circa 0,5 μπι wordt verschaft. Een nog verdere filtratie tot circa 0,1 pm is vervolgens mogelijk met behulp van de capillaire filtratiemembranen die als micro- of ultrafiltratiemembranen kunnen zijn uitgevoerd. Door een effectieve voorfiltratie met behulp van een gegoten blok 25 actieve kool zullen de membranen minder snel verstopt raken.

Voorts is een voordeel van een dergelijk gegoten blok dat de stromingsweerstand en aldus de drukval over het blok geringer zal zijn.

Teneinde bij een grotere vervuiling van de te 30 filtreren vloeistof met relatief grote deeltjes het blok actieve kool niet te laten verstoppen en de levensduur van de filterinrichting aanzienlijk te verlengen, omvat in een voorkeursuitvoeringsvorm van de filterinrichting het voorfilter een rond het blok actieve kool aangebrachte eerste 35 filtertrap die een aanvullende filtertrap vormt voor het blok actieve kool.

In een handig te realiseren en efficiënte uitvoeringsvorm is de eerste filtertrap gevormd uit een 4 viltachtig filtervel dat op een harmonicawijze gevouwen rond het blok actieve kool is aangebracht, waarbij de vouwen evenwijdig aan de cilinderas verlopen. De door de vouwen gevormde lamellen van een dergelijke eerste filtertrap 5 bezitten een groot filterend oppervlak met een uitermate grote filtratiecapaciteit.

In een uitvoeringsvorm waarin de filtratiemembraanmodule een de capillaire membranen omgevend modulehuis omvat, omvat het modulehuis bij voorkeur een 10 geperforeerde buis. De uit de binnenste wand van het voorfilter tredende, door het voorfilter gefilterde vloeistof zal dan snel via de in het modulehuis voorziene perforaties bij de capillaire membranen geraken voor een zo snel mogelijke passage door de filterinrichting.

15 Teneinde geen obstructie te vormen voor uit de binnenste wand van het voorfilter tredende vloeistof ligt het modulehuis in een voorkeursuitvoeringsvorm van de filterinrichting althans grotendeels vrij van de de holte omgevende binnenste mantel van het voorfilter.

20 Volgens een voorkeursuitvoeringsvorm volgens de uitvinding is de filtratiemembraanmodule voorzien van hydrofiele capillaire membranen.

Terwijl de hiervoor beschreven uitvoeringsvorm een uitstekende oplossing biedt voor de verwijdering van 25 sediment, opgeloste organische stoffen en micro-organismen uit water met het doel drinkwater te produceren, moet worden bedacht dat de nog steeds levende micro-organismen, die zich tijdens het filtratieproces in de ruimte gevormd door de cylindrische holle kern en de modulemantel buiten de 30 capillaire membranen verzameld hebben, de eigenschap hebben door de membraanwand heen te groeien, speciaal onder oligotrope omstandigheden.

Teneinde deze micro-organismen onschadelijk te maken, kan volgens een verdere voorkeursuitvoeringsvorm 35 worden gebruik gemaakt van niet in water oplosbare biocidale polymeren, zoals bijvoorbeeld door S.D. Worley et al. beschreven in Trends in Polymer Science, Vol. 4, no. 11 van november 1996. Gebleken is dat dergelijke biocidale polymeren 1016466¾ 5 in staat zijn in water aanwezige micro-organismen te doden, maar niet zonder meer praktisch toepasbaar zijn.

Voor een efficiënte toepassing is het noodzakelijk dat een dragermateriaal wordt geïmpregneerd met het 5 korrelvormige biocidale polymeer. Bij voorkeur is dit een membraan waarvan de poriestructuur en grootte kan worden aangepast aan de grootte van de micro-organismen, zodat voldoende contactgelegenheid en tijd aanwezig is om de micro-organismen onschadelijk te maken. Geschikte dragers zijn 10 membranen op basis van cellulose, glasvezel, pes/pvp en zirkoniumoxide, zoals in EP 0 624 283 BI beschreven.

Hiertoe wordt volgens de uitvinding het met voornoemde materialen gerealiseerde vlakke membraan één of meerdere keren als een laag om de geperforeerde modulemantel 15 gewikkeld. Het water, dat het koolblok is gepasseerd, zal nu eerst door het biocidale membraan stromen, alvorens het via de capillaire membranen en afvoeraansluiting de filterinrichting verlaat. Door in contact te komen met het in het membraan aanwezige biocidale polymeer, worden de micro-20 organismen gedood en zullen zich niet meer kunnen vermeerderen, c.q. een gevaar voor doorgroei vormen.

Hieronder zal de uitvinding nader worden toegelicht aan de hand van de bijgaande tekening, waarin gelijke verwijzingscijfers naar gelijke of gelijksoortige onderdelen 25 verwijzen, en waarin - Fig. 1 een langsdoorsnede door een uitvoeringsvorm van de filterinrichting volgens de uitvinding toont; - Fig. 2 een vergroot aanzicht van de bovenzijde van de langsdoorsnede van figuur 1 toont; 30 - Fig. 3 een dwarsdoorsnede door de filterinrichting volgens figuur 1 toont; - Fig. 4 een verdere voorkeursuitvoeringsvorm toont; en - Fig. 5 een dwarsdoorsnede door de filterinrichting volgens fig. 4 laat zien.

35 De in de figuren getoonde filterinrichting volgens de uitvinding omvat een behuizing in de vorm van een beker 10 met een opschroefbaar deksel 11. Ter afdichting is een O-ring (niet nader aangeduid, maar zichtbaar in de figuren 1 en 2) 6 tussen het deksel 11 en de beker 10 aangebracht. Het deksel 11 is voorzien van een toevoeraansluiting 1 en een afvoeraansluiting 2. Binnen de beker 10 is een cilindervormig blok actieve kool 20 als onderdeel van een voorfilter 5 aangebracht. Het blok actieve kool 20 is door middel van gieten vervaardigd en vormt een zelfdragende eenheid die slechts aan de onder- en bovenzijde van een versteviging 22, 23 is voorzien. Een dergelijk gegoten blok actieve kool 20 is bijvoorbeeld een "C-246 series molded block filter cartridge" 10 verkrijgbaar bij Fibredyne te Dover, New Hampshire, U.S.A.

Het actieve koolgedeelte kan echter ook uit verschillende lagen zijn opgebouwd. Aan de onderzijde rust het blok 20 met een versteviging 22 op een afdichtribbel 12 onder tussenvoeging van een pakkingafdichting 16. Aan de bovenzijde 15 is eveneens voorzien in een tussen een bovenste versteviging 23 van het blok 20 en een afdichtribbel 13 aangebrachte pakkingafdichting 17.

Het cilindervormige blok actieve kool 20 is langs de cilinderas hiervan voorzien van een doorgaande holle kern 21. 20 Een centreernok 14 van de beker 10 is aan de onderzijde, en een centreernok 15 van het deksel 11 is aan de bovenzijde binnen deze holle kern 21 opgenomen.

Binnen de cilindrische holle kern 21 is een filtratiemembraanmodule 30 opgenomen. De module 30 omvat een 25 geperforeerde modulemantel 31 waarbinnen een bundel capillaire filtratiemembranen 32 is aangebracht. De membranen 32 kunnen afhankelijk van de toepassing van de filterinrichting micro- of ultrafiltratiemembranen zijn. Aan hun onderste uiteinde zijn de capillaire membranen 32 30 gesloten, en aan hun bovenste uiteinde zijn ze open. De capillaire membranen 32 zijn aan hun bovenste uiteinde voorts ingebed in een membraanhouder 33 die de ruimte tussen het modulehuis 31 en de capillaire membranen 32 afsluit. Een dergelijke filtratiemembraanmodule 30 is bijvoorbeeld 35 verkrijgbaar bij Prime Water Systems GmbH te Bad Bentheim, Duitsland. De pakkingafdichting 17 is verder zodanig uitgevoerd dat deze eveneens ter afdichting tussen het

101 6 4· 8 ïM

7 koolblok 20 en de bovenzijde van het modulehuis 31 van de membraanmodule 30 is opgenomen.

Rond het blok actieve kool 20 is een viltachtig filtervel 40 uit polyester vezels aangebracht dat op een 5 harmonicawijze is gevouwen, waarbij de vouwen evenwijdig aan de cilinderas verlopen zoals figuur 3 verduidelijkt. Dit filtervel 40 vormt een eerste filtertrap van het voorfilter dat in de in de figuren getoonde uitvoeringsvorm bestaat uit dit filtervel 40 en het blok actieve kool 20. Het 10 filtervel 40 is een aanvullende filtertrap voor het blok actieve kool 20 teneinde deeltjes die tot een verstopping van het koolblok 20 zouden leiden, uit de te filtreren vloeistof te verwijderen. Een dergelijk filtervel 40 is bijvoorbeeld opgenomen in een "801 series filter cartridge" verkrijgbaar 15 bij Harmsco Industrial Filters te North Palm Beach, Florida, U.S.A.

De verschillende onderdelen van de filterinrichting laten zich na afschroeven van het deksel 11 van de beker 10 eenvoudig en snel verwijderen om te worden gereinigd of te 20 worden vervangen.

Te filtreren vloeistof dient nu bij gebruik via de toevoeraansluiting 1 in de filterinrichting te worden gebracht. De vloeistof stroomt vervolgens rond het als een harmonica rond de cilinderas en het blok actieve kool 20 25 gevouwen filtervel 40 binnen de behuizing bestaande uit de beker 10 en het deksel 11, en zal dit filtervel 40 passeren en in het koolblok 20 terechtkomen via de cilindrische buitenmantel hiervan. De vloeistof zal dan via de kortst mogelijke weg loodrecht op de cilinderas naar de binnenmantel 30 van het koolblok 20 kunnen passeren, en in de holle kern 21 van het koolblok 20 en aldus van het voorfilter aanbelanden. Vanuit de holle kern 21 kan de vloeistof via het biocidale membraan 60 de perforaties in het modulehuis 31 (niet nader aangeduid, maar zichtbaar in figuur 2) en via het geopende 35 onderste uiteinde van het modulehuis 31 de membranen 32 bereiken, en vervolgens door de membraanwand van de capillaire filtratiemembranen 32 van de filtratiemembraanmodule 30 penetreren. De vloeistof zal de 8 capillaire membranen 32 ten slotte via de geopende uiteinden hiervan en via de afvoeraansluiting 2 de filterinrichting verlaten.

In de getoonde uitvoeringsvorm wordt gebruik gemaakt 5 van volledig hydrofiele membranen 32. In de vloeistof aanwezige luchtbellen zullen de membraanwand niet of nauwelijks kunnen passeren. De zich verzamelende lucht kan echter wel via het blok actieve kool 20 en het filtervel 40 naar de buitenzijde hiervan diffunderen, waarna de lucht via 10 een op zich bekende ontluchtingsaansluiting 50 de filterinrichting kan verlaten. Wanneer gebruik wordt gemaakt van een althans gedeeltelijk hydrofoob membraan kunnen luchtbellen via dit hydrofobe deel naar de afvoeraansluiting ontsnappen. Dergelijke hydrofobe membranen leiden echter tot 15 een verslechterde filtercapaciteit van de filtratiemembraanmodule en een eventuele doorslag van bacteriën bij hogere drukverschillen. Wanneer een blok actieve kool 20 en een filtervel 40 zoals in de onderhavige uitvinding als voorfilter worden toegepast, kan zich in de 20 holle kern 21 verzamelende lucht eenvoudig via het blok 20 en het vel 40 ontsnappen naar de ontluchting 50, en kunnen uitermate hydrofiele membranen 32 met een hoge permeabiliteit voor de te filtreren vloeistof worden toegepast in de filterinrichting.

25 Een verdere voorkeursuitvoeringsvorm wordt weergegeven in fig. 4 en fig. 5.

De figuren 4 en 5 komen in hoofdzaak overeen met de figuren 2 en 3, met dien verstande dat de geperforeerde mantel 31 is voorzien van een membraanlaag 60. Deze 30 membraanlaag 60 is voorzien van een in water niet oplosbaar biocidaal polymeer dat bij voorkeur korrelvormig is. Hierdoor worden de in het te behandelen water nog achtergebleven micro-organismen gedood en zullen zich derhalve niet meer kunnen vermeerderen, c.q. een gevaar voor doorgroei vormen.

35 De hierboven beschreven uitvoeringsvorm van de filterinrichting dient niet te worden opgevat als een beperking van de uitvinding. Binnen het kader van de 9 uitvinding en de bijgaande conclusies kan de filterinrichting in verschillende uitvoeringsvormen worden gerealiseerd.

Claims (11)

1. Filterinrichting, omvattende een toevoer- en een afvoeraansluiting, een op de toevoeraansluiting aangesloten, althans ongeveer cilindrisch voorfilter met een langs de cilinderas hiervan verlopende holte, en een op de 5 afvoeraansluiting aangesloten filtratiemembraanmodule die althans gedeeltelijk in de holte van het voorfilter is opgenomen, waarbij het voorfilter en de filtratiemembraanmodule in serie zijn geschakeld en de filtratiemembraanmodule een bundel capillaire 10 filtratiemembranen omvat waarvan geopende uiteinden zijn aangesloten op de afvoeraansluiting, met het kenmerk, dat de buitenste cilindermantel van het voorfilter (20, 40) een toevoer, en de binnenste mantel van het voorfilter (20, 40) die de holte (21) rond de cilinderas omgeeft, een afvoer voor 15 het voorfilter (20, 40) vormt.

2. Filterinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de holte (21) doorgaand door het voorfilter (20, 40) is gevormd.

3. Filterinrichting volgens conclusie 1 of 2, 20 waarbij het voorfilter actieve kool omvat, met het kenmerk, dat het voorfilter (20, 40) een blok actieve kool (20) omvat.

4. Filterinrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat het blok actieve kool (20) door middel van gieten is gevormd.

5. Filterinrichting volgens conclusie 3 of 4, met het kenmerk, dat het voorfilter (20, 40) een rond het blok actieve kool (20) aangebrachte eerste filtertrap (40) omvat die een aanvullende filtertrap voor het blok actieve kool (20) vormt.

6. Filterinrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de eerste filtertrap (40) is gevormd uit een viltachtig filtervel (40) dat op een harmonicawijze gevouwen rond het blok actieve kool (20) is aangebracht, waarbij de vouwen evenwijdig aan de cilinderas verlopen.

7. Filterinrichting volgens één van de voorgaande 101 64 8 6·*« Λ * conclusies, waarbij de filtratiemembraanmodule een de capillaire membranen omgevend modulehuis omvat, met het kenmerk, dat het modulehuis (31) een geperforeerde buis (31) omvat.

8. Filterinrichting volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat het modulehuis (31) althans grotendeels vrij ligt van de de holte (21) omgevende binnenste mantel van het voorfilter (20, 40) .

9. Filterinrichting volgens een der voorgaande 10 conclusies, met het kenmerk, dat de filtratiemembraanmodule is voorzien van hydrofiele capillaire membranen.

10. Filterinrichting volgens één der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat de geperforeerde mantel 31 is voorzien van een membraanlaag 60 die is voorzien van een 15 in water niet oplosbaar biocidaal polymeer, biocidaal polymeer.

11. Filterinrichting volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat het biocidale polymeer korrelvormig is.