NL1021190C1 - Werkwijze en inrichting voor het reinigen van vloeistof-filters of filtratie-membranen. - Google Patents

Description

Titel: Werkwijze en inrichting voor het filtreren van vloeistoffen.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het filtreren van een vloeistof middels een filter waarvan het oppervlak voorzien is van filtratieopeningen of poriën 5 waardoor de vloeistof kan passeren terwijl andere in de vloeistof aanwezige stoffen, zoals deeltjes, worden tegengehouden. Op het filtrerend oppervlak van dergelijke filters, zoals bijvoorbeeld membraanfilters vormt zich een laag van tegengehouden stoffen waardoor de doorstroming van vloeistof door de poriën wordt bemoeilijkt. Tot de stand der techniek behoren verschillende methoden en inrichtingen die deze 10 ongewenste afzetting voorkomen of althans tegengaan. Een bijvoorbeeld bij membraanfiltratie gebruikelijke en voor de hand liggende methode is om de te filtreren vloeistof, bij voorkeur onder turbulente condities, met een aanzienlijke snelheid langs het filtrerend membraanoppervlak te doen stromen waardoor de tegengehouden stoffen een afschuifkracht ondervinden en met de vloeistof vermengd 15 blijven. Een eerste nadeel van deze methode is dat het in stand houden van een effectieve langsstroomsnelheid gepaard gaat met een hoog energieverbruik en veelal ongewenste warmteontwikkeling. Een tweede nadeel is dat, als gevolg van het voor de langsstroming benodigde drukverschil, de drijvende druk voor de filtratie ter plaatse van de ingang van het filter hoger zal zijn dan aan de uitgang daarvan. Dit 20 verschijnsel en de hierdoor veroorzaakte voorkeursstroming van de gefiltreerde vloeistof is om een aantal procestechnische redenen zeer ongewenst.

Een andere bekende methode om membraanvervuiling tegen te gaan is om op gezette tijden de filtratierichting om te keren door gedurende enige tijd op de reeds gefiltreerde, zich aan de benedenstroomse zijde van het membraan bevindende, 25 vloeistof een druk uit te oefenen die hoger is dan de druk in de nog te filtreren, zich aan de "vuile" bovenstroomse zijde van het membraan bevindende, vloeistof. Hierdoor stroomt een hoeveelheid reeds gefiltreerde vloeistof terug door de poriën zodat de zich hierin bevindende verontreinigingen daaruit worden gespoeld. De laatstgenoemde methode heeft als nadeel dat zodra de normale filtratierichting wordt 30 hersteld zich al snel weer opnieuw een laag van de vervuilende stoffen op het membraanoppervlak en in de poriën afeet. Het ligt voor de hand om dit tegen te gaan door het tijdsinterval tussen de terugspoelingen te verkorten maar dit stuit in de i> '~\ / \ ...

t - :· 2 praktijk op beperkingen. De effectieve filtratietijd wordt namelijk bekort met de tijdsduur van de terugspoeling, de tijd die nodig is om de diverse ventielen voor en na het spoelen in de juiste stand te brengen en de tijd die nodig is om de teruggespoelde vloeistof weer opnieuw te filtreren. Bij een te korte interval tussen de 5 op deze wijze uitgevoerde terugspoelingen doet het verlies aan effectieve filtratietijd het effect van de terugspoelingen teniet. Het verder verkorten van het interval is dus alleen maar mogelijk als daarbij ook de tijd die de terugspoeling vergt wordt verkort en de hoeveelheid gefiltreerde vloeistof die wordt teruggespoeld wordt verkleind. Er van uitgaande dat het voldoende moet zijn om een membraanporie terug te spoelen 10 met een kolom gefiltreerde vloeistof die een lengte heeft van 10 tot 100 x de diameter van die porie, dan is er voor een membraan met een open porieoppervlak van 20 % van het membraanoppervlak en een poriegrootte van 1 pm, een terugspoelvolume van 10 tot 100 x 0,0001 cm x 0,2 xlOOOO cm2 = slechts 2 tot 20 cc/m2 nodig. Een dergelijke, zeer kleine, hoeveelheid zal echter logischerwijs met 15 een zo groot mogelijke snelheid en dus met een zo hoog mogelijke kinetische energie door het membraan moeten worden teruggeperst teneinde het verstoppende materiaal voldoende ver van het membraanoppervlak te verwijderen. Dergelijke zeer korte maar krachtige omkeringen van de filtratierichting zijn niet te realiseren met de bekende terugspoelsystemen met kleppen die pneumatisch- mechanisch of 20 electromagnetisch bediend worden en daardoor veel te traag openen en sluiten. Ook de bekende inrichtingen waarbij de voor het filtratieproces benodigde drijvende druk in een min of meer sinusvormige oscillatie wordt gebracht veroorzaken niet de bovenomschreven zeer korte maar krachtige drukstoten die een optimale reiniging van de membraanporiën veroorzaken. De onderhavige uitvinding beoogt 25 een verbeterde werkwijze en inrichting te verschaffen waarbij deze genoemde korte en krachtige omkeringen van de stromingsrichting door de membraanporiën wel mogelijk zijn doordat er gebruik gemaakt wordt van de massatraagheid van een kolom vloeistof die zich in een relatief lange en onvervormbare leiding bevindt. Bij een eerste mogelijke uitvoering van een inrichting volgens de 30 uitvinding voorkomt de massatraagheid van de in een dergelijke leiding aanwezige vloeistof dat de druk van een korte maar krachtige, door een daartoe geschikte voorziening, aan de gefiltreerde vloeistof afgegeven drukstoot door deze leiding 3 kan afvloeien voordat de terugspoeling voltooid is. De door deze drukstoot opgewekte hoge druk plant zich daardoor instantaan door de gehele, overigens afgesloten en bijvoorkeur tegen vervorming bestendige, opvangruimte voor de gefiltreerde vloeistof voort. Als gevolg hiervan ontstaat kortstondig een hoog 5 drukverschil in omgekeerde richting over het membraan waardoor een relatief kleine hoeveelheid reeds gefilterde vloeistof met hoge snelheid en kinetische energie door de membraanporiën wordt teruggeperst

In figuur 1 is een voorbeeld weergeven van een membraan-filtratieinrichting die naast de gebruikelijke onderdelen, zoals een membraan in een behuizing, een 10 voedingpomp en een recirculatiepomp met recirculatieleiding, is voorzien van een mogelijke uitvoering van een volgens het gevonden werkingsprincipe werkende terugspoelinrichting. De in de aangegeven richting roterende nokkenschijf 1 beweegt middels een pin 2 een hamer 3 naar achteren en spant daarbij een krachtige veer 4 die zich vervolgens ontspant waardoor de hamer 3 met grote 15 kracht en snelheid naar voren beweegt en het bewegelijke diafragma 5 treft zodat dit met hoge snelheid in de, geheel met reeds gefilterde vloeistof 9 gevulde en door starre wanden 6 begrensde, opvangruimte 7 voor de gefilterde vloeistof 9 wordt gedrukt. De op de bovenomschreven wijze gegenereerde, zeer kortstondige, als drukstoot te omschrijven, drukverhoging van de gefilterde vloeistof kan niet 20 afVloeien via de afvoerleiding 8 van de gefilterde vloeistof 9 doordat deze leiding een relatief grote lengte heeft. Deze relatief grote lengte veroorzaakt namelijk dat de in deze afvoerleiding 8 aanwezige kolom vloeistof een zodanig grote massatraagheid heeft dat daardoor een plotselinge grote versnelling van de vloeistof in deze afvoerleiding wordt verhinderd. Tevens is het van belang dat de 25 drukstoot niet gedempt kan worden doordat zowel de opvangruimte 7 als de leiding 8, waarbinnen de gefilterde vloeistof zich bevindt, zodanig geconstrueerd zijn dat zij niet of slechts in zeer geringe mate zullen vervormen als gevolg van de daarin optredende drukverhoging. Hierdoor kan de gegenereerde, plotselinge, sterke drukverhoging alleen een uitweg vinden naar de bovenstroomse zijde 12 30 van het membraanfilter 10 en wordt een geringe hoeveelheid reeds gefilterde vloeistof onder hoge druk en daardoor met hoge snelheid door het poreuze membraan dragermateriaal 1 la en vervolgens via de poriën van het membraan 11b 4 naar de bovenstroomse zijde 12 van het membraan teruggeperst. De aldaar ongewenste opbouw van druk in de vloeistof wordt voorkomen doordat, afhankelijk van de constructie van de membraan-filtratieinrichting, de teruggespoelde vloeistof vanuit de recirculatieleiding 13 teruggedrukt wordt in de 5 toevoerleiding 14 en/of kan afvloeien door de afvoerleiding 15. Zonodig kan een op de recirculatieleiding 13 aangesloten pulsatiedemper 16 het teruggespoelde volume tijdelijk opnemen en daarmee voorkomen dat de aldaar ongewenste opbouw van druk plaats vindt. Het reinigend effect van de aldus verkregen zeer korte maar krachtige uitspoeling van de membraanporiën wordt gunstig beïnvloed 10 door de hoge snelheid waarmee de verontreinigingen als het ware uit de poriën worden weggeschoten waardoor ze zodanig ver van het membraanoppervlak verwijderd raken dat ze in de langs het membraan stromende vloeistof worden meegevoerd.

Een tweede mogelijke uitvoering van een inrichting waarbij gebruik gemaakt 15 wordt van de massatraagheid van vloeistof die zich in een relatief lange en starre leiding bevindt is weergegeven in figuur 2. Hierbij worden drukwisselingen over het membraan 1 tot stand gebracht door de kinetische energie van de door een recirculatiepomp 2 in een lange en starre leiding 3 tot stand gebrachte stroming te benutten voor het genereren van een zogenaamd “waterslag” effect. In de relatief 20 lange en starre recirculatieleiding 3 bevindt zich een stromingsbegrenzer 4 die, zolang een bepaalde doorstroomsnelheid niet is bereikt, door een veer 5 in geheel geopende stand wordt gehouden. Bij het bereiken van de bepaalde, bij voorkeur instelbare, doorstroomsnelheid van de te filtreren vloeistof 6 door de stromingsbegrenzer 4 wordt, als gevolg van het daarbij optredende drukverschil 25 over de zich in deze stromingsbegrenzer bevindende schijf 7, de veerkracht van veer 5 overwonnen en wordt de doorstroomopening 8 zeer snel gesloten. De langsstroming van de vloeistof 6 langs het oppervlak van het membraan 1 wordt hierdoor abrupt onderbroken waardoor als gevolg van de massatraagheid van de in beweging zijnde vloeistof 6 een plotselinge en hoge onderdruk achter de 30 doorstroomopening 8 van klep 4 en de daarmee in directe verbinding staande bovenstroomse zijde 9 van het membraan 1 ontstaat. De aldus gegenereerde waterslag veroorzaakt echter geen hoge druk voor de instroomopening 10 van 5 klep 4 doordat een deel van de in de leiding 3 aanwezige vloeistof 6 tijdelijk terugstroomt in de toevoerleiding 11 en/of afvloeit in de afvoerleiding 12. Indien, afhankelijk van de constructie van de membraanfiltratie installatie, de als gevolg van het gegenereerde waterslageffect opgebouwde druk onvoldoende snel kan 5 afvloeien door de genoemde leidingen 11 en 12 kan daarin worden voorzien door een pulsatiedemper 13. Als gevolg van de op de bovenbeschreven wijze tot stand gebrachte onderdruk van de vloeistof aan de bovenstroomse zijde 9 van het membraan 1 wordt het drukverschil over het membraan 1 kortstondig omgekeerd zodat vanuit het opvangvat 14 voor de gefilterde vloeistof 15 een hoeveelheid van 10 deze onder atmosferische- of overdruk staande vloeistof door het membraan 1 wordt teruggeperst waarbij de poriën hiervan worden uitgespoeld. Een repeterende cyclus van filtreren en terugspoelen ontstaat doordat, na het geheel of gedeeltelijk stoppen van de stroming door de recirculatieleiding 3, het drukverschil over de schijf 7 zodanig vermindert dat de veer 5 zich ontspant, de doorstroomopening 8 15 weer wordt geopend en de stroomsnelheid in de leiding 3 weer toeneemt. Het interval, de duur en de druk waarmee de, op deze wijze tot stand gebrachte, terugspoelingen door de membraanporiën plaats vinden is afhankelijk van een aantal factoren zoals de spanning van de veer 5, de lengte van de leiding 3 en de snelheid die de vloeistof 6 in de leiding 3 bereikt.

20 Een derde mogelijke uitvoering van een inrichting waarbij gebruik gemaakt wordt van de massatraagheid van vloeistof die zich in een relatief lange en starre leiding bevindt is weergegeven in figuur 3. Hierbij worden drukwisselingen over het membraan tot stand gebracht door gebruik te maken van de kinetische energie die zich in een stroming van reeds gefiltreerde vloeistof bevindt. De reeds gefiltreerde 25 vloeistof 1 wordt door een pomp 2 met aanzienlijke snelheid rondgepompt door een recirculatie circuit en passeert daarbij een lange, starre maar betrekkelijk dunne leiding 3 en de opvangruimte 4 voor de gefiltreerde vloeistof 1. In deze recirculatieleiding 3 bevindt zich nabij de aansluiting 5 op deze opvangruimte 4 een stromingsbegrenzer 6 die door een zich daarin bevindende veer 7 in geopende 30 stand wordt gehouden. Bij het bereiken van een bepaalde doorstroomsnelheid door de stromingsbegrenzer 6 wordt, als gevolg van het daarbij optredende drukverschil over de zich daarin bevindende schijf 8, de veerkracht overwonnen 6 waardoor de doorstroomopening 9 zeer snel wordt gesloten. Als gevolg van de snelheid en de massa van de in de recirculatieleiding 3 in beweging zijnde vloeistof 1 stroomt een relatief klein volume vloeistof via de doorgang 10 de overigens geheel afgesloten opvangruimte 4 voor de gefiltreerde vloeistof in en 5 veroorzaakt een kortstondige sterke drukverhoging in deze ruimte. Het volume van het als gevolg van deze drukverhoging door de membraanporiën teruggepulste gefiltreerde vloeistof wordt aangevuld door vloeistof uit de filtraat- afvoerleiding 11 of zonodig uit het expansievat 12. Een repeterende cyclus van filtreren en terugspoelen ontstaat doordat na het terugpulsen van een bepaald volume van de 10 reeds gefilterde vloeistof de druk in de opvangruimte 4 zodanig vermindert, dat de veer 7 de schijf 8 weer terugdrukt waardoor de doorstroomopening 9 weer wordt geopend en de cyclus zich herhaalt zodra de stroming in de leiding 3 weer is toegenomen tot de snelheid waarbij de veer 7 wordt ingedrukt.

15 20 25 30 i o i 1 9 ^

Claims (11)

1. Werkwijze waarbij een filter voor vloeistoffen wordt gereinigd door kortstondig het drukverschil over het filter om te keren zodat een relatief kleine hoeveelheid van de gefiltreerde vloeistof met relatief hoge snelheid 5 door de filtratieopeningen van het filter wordt teruggeperst met als kenmerk dat hierbij gebruik gemaakt wordt van de massatraagheid van een in een relatief lange en starre leiding aanwezige vloeistof.

2. Werkwijze volgens conclusie 1 met als kenmerk dat de massatraagheid van de in een lange starre leiding stilstaande of relatief traag stromende vloeistof 10 voorkomt dat een kortstondig in de gefiltreerde vloeistof opgewekte verhoging van de druk door deze leiding kan afvloeien.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 met als kenmerk dat de massatraagheid van de in een lange starre leiding relatief snel stromende vloeistof wordt aangewend om de druk in de te filtreren vloeistof kortstondig te verlagen.

4. Werkwijze volgens conclusie 1 met als kenmerk dat de massatraagheid van de in een lange starre leiding relatief snel stromende vloeistof wordt aangewend om de druk in de gefiltreerde vloeistof kortstondig te verhogen.

5. Inrichting, waarvan een mogelijke uitvoering schematisch is weergegeven in fig. 1, voor het uitvoeren van de in conclusie 2 genoemde werkwijze met als 20 kenmerk dat het terugpersen geschiedt middels een hiertoe geschikte voorziening waarmee kortstondig een relatief hoge druk in de gefiltreerde vloeistof wordt opgewekt terwijl het afvloeien van deze druk door de afvoerleiding van de gefiltreerde vloeistof wordt voorkomen door de massatraagheid van de in deze relatief lange leiding aanwezige 25 vloeistofkolom.

6. Inrichting volgens conclusie 5 met als kenmerk dat de kortstondig in de gefiltreerde vloeistof opgewekte, relatief hoge druk wordt veroorzaakt middels een hiertoe pneumatisch-mechanisch of electro-mechanisch aangedreven toestel.

7. Inrichting volgens conclusie 5 met als kenmerk dat de kortstondig in de gefiltreerde vloeistof opgewekte, relatief hoge druk wordt veroorzaakt door relatief kleine hoeveelheden van deze vloeistof plaatselijk zeer snel te verhitten en te verdampen.

8. Inrichting, waarvan een mogelijke uitvoering schematisch is weergegeven in fig. 2, voor het uitvoeren van de in conclusie 3 genoemde werkwijze waarbij 5 de te filtreren vloeistof in langsstroming langs het filteroppervlak wordt gevoerd middels een pomp en eep recirculatieleiding, met als kenmerk dat, een zich aan de instroomopening van het filter bevindend, snelsluitend ventiel met intervallen de langstroming onderbreekt zodat de massatraagheid van de in deze relatief lange leiding voortbewegende vloeistof een onderdruk aan de 10 bovenstroomse zijde van het filter veroorzaakt en een relatief kleine hoeveelheid van de, onder atmosferische of overdruk staande, gefiltreerde vloeistof door het filter wordt teruggeperst.

9. Inrichting, waarvan een mogelijke uitvoering schematisch is weergegeven in fig. 3, voor het uitvoeren van de in conclusie 4 genoemde werkwijze waarbij 15 gefiltreerde vloeistof middels een pomp en een relatief lange en starre recirculatieleiding door de opvangruimte voor de gefiltreerde vloeistof wordt gerecirculeerd met als kenmerk dat zich in deze leiding, nabij de uitstroomopening van deze opvangruimte, een snelsluitend ventiel bevindt dat met intervallen de recirculerende stroming onderbreekt zodat door de 20 massatraagheid van de in deze relatief lange leiding voortbewegende vloeistof er een hoeveelheid vloeistof in de opvangruimte voor de gefiltreerde vloeistof wordt geperst waardoor er kortstondig een kleine hoeveelheid gefiltreerde vloeistof door de poriën van het filter wordt teruggespoeld.

10. Inrichting volgens de conclusies 8 en 9 met als kenmerk dat het snel en 25 kortstondig afsluiten van de recirculatieleiding geschiedt door een veergeopende klep waarvan de veerspanning bij een bepaalde doorstroomsnelheid van de vloeistof wordt overwonnen waardoor de klep zich snel sluit.

11. Inrichting volgens de voorgaande conclusies met als kenmerk dat de 30 inbouwlengte van de relatief lange en starre leidingen, die volgens de uitvinding voor het tot stand brengen van voldoende massatraagheid benodigd zijn, wordt verkleind door deze leidingen te vormen als spiralen of rollen 'V· waarvan de windingen onbeweeglijk zijn gemaakt door onderlinge stijve verbindingen of doordat zij zich bevinden in, of omgeven zijn door, een mechanisch niet of moeilijk vervormbaar materiaal.