NO176829B - Apparat for separering av en væske i en filtratfraksjon og en konsentratfraksjon ved membranfiltrering, og en fremgangsmåte for fremstilling av en filtreringsenhet som omfatter en stabel av membraner - Google Patents

Description

Oppfinnelsen angår et apparat for separering av en væske i to fraksjoner ved membranfiltrering. Væsken som skal behandles vil i det følgende bli kalt tilførselsvæsken, væsken som har trengt gjennom membranene kalles filtrat og væsken som ikke har trengt gjennom membranene kalles konsentrat. Dessuten angår oppfinnelsen en fremgangsmåte for fremstilling av en filtreringsenhet som omfatter en stabel av membraner.

Apparatet er av den type som omfatter flere separate, utskiftbare filtreringsenheter, som hver består av en stabel av membraner, i hvilke to atskilte systemer av strømningska-naler er anordnet for å lede væsker langs motstående flater på hver membran, dvs. et første system for å lede tilførselsvæske eller konsentrat og et annet system for å lede filtrat.

Et apparat av denne type er kjent fra DE 3317517. Apparatet omfatter en trykkbeholder, i hvilken en rekke filtreringsenheter er anordnet i form av stabler konstruert slik som nevnt ovenfor.

Tilførselsvæsken tilføres til én ende av den rørformede trykkbeholderen og bringes til å strømme langs utsiden av filtreringsenhetene mot den andre enden av trykkbeholderen, der strømmen av væske gjør en sving på 180° og tvinges til å strømme tilbake mot den førstnevnte enden av trykkbeholderen, gjennom det første system av strømningskanaler i filtreringsenhetene som er anordnet i serie.

Væsken slippes ut som en konsentratfraksjon ved den samme enden som tilførselen finner sted. Filtratet samles opp i rør anordnet vinkelrett på membranene i hver filtreringsenhet, og enden av disse rør er koblet til en utløpsledning som er anordnet parallelt med aksen til trykkbeholderen og tjener til å slippe ut filtratfraksjonen.

Ved bruk av det ovenfor nevnte, kjente apparat er det nødvendig når en membran svikter å demontere apparatet fullstendig, hvilket er en arbeids- og tidkrevende operasjon, fordi det er nødvendig å fjerne alle filtreringsenhetene for trykkbeholderen for kontroll.

Dessuten er ikke det kjente apparat egnet til bruk når det trengs stor kapasitet.

Ved ultrafiltrering har det hittil vært vanlig å benytte filtreringsmoduler med et membranareal på opp til 60 m<2> pr. modul. Det er imidlertid, særlig ved produksjon av drikkevann av overflatevann, et behov for å benytte moduler som har et membranareal på opp til 5000 m<2> pr. modul. For å tilfredsstille dette behovet må membranstørrelsen økes, og det er derfor ønskelig å benytte membraner som har et areal på opp til lxl m og et apparat som omfatter et stort antall filtreringsenheter.

Dette er ikke praktisk mulig i det kjente apparat som er nevnt ovenfor. Dessuten er det ikke mulig i det kjente apparat å kombinere en seriestrømning med en paralleiIstrømning.

Det er et formål med oppfinnelsen å eliminere eller minske de ovenfor nevnte ulemper med det kjente apparat.

For å oppnå dette formål og andre formål som vil fremgå av den følgende beskrivelse, kjennetegnes apparatet i henhold til oppfinnelsen ved at det omfatter en rad av kassetter anordnet side ved side og atskilt fra hverandre av mellomliggende plater, idet hver kassett omfatter en kassettramme og en filtreringsenhet av den nevnte type, anordnet i denne på en slik måte at strømningskanalene i det første system er åpne mot to frie soner inne i kassettrammen, mens strømnings-kanalene i det andre system i det minste ved én ende er åpne og kommuniserer med midler for separat utslipp av filtrat fra hver filtreringsenhet, og apparatet omfatter dessuten midler for å tilføre tilførselsvæske til en fri sone i det minste i én kassettramme, midler for å slippe ut konsentrat fra en fri sone i det minste i én kassettramme, idet kanalåpninger om nødvendig er anordnet i de mellomliggende plater for å sammenkoble frie soner i tilstøtende kassettrammer, midler for å holde raden av kassetter og mellomliggende plater, samt midler for å klemme raden sammen for å holde kassettrammene tettende mot de mellomliggende plater, og for å løsgjøre raden for å muliggjøre individuell fjernelse av hvilken som helst utvalgt kassett.

Ved undersøkelse av midlene for det separate utslipp av filtrat fra de enkelte filtreringsenheter og dermed de enkelte kassetter, kan feil og svikt i membranene enkelt lokaliseres. Feil eller svikt i membranene vil vanligvis ha den virkning at ubehandlet eller bare delvist behandlet væske blandes med filtratet og at det sistnevnte derved endrer farge.

I slike tilfeller kan feil eller svikt enkelt lokaliseres ved bruk av utslippsmidler i form av transparente rør.

Etter at en membranfeil eller svikt er lokalisert og tilførselen av tilførselsvæske er stanset, kan apparatet enkelt og hurtig atskilles ved at klemkraften mot raden av kassetter og de mellomliggende plater opphører og at platene som er nærmest den kassett som inneholder den defekte filtreringsenhet skyves bort fra denne kassett. Deretter kan kassetten løsgjøres og fjernes, hvoretter den defekte filtreringsenheten i kassetten kan erstattes av en ny, eller en fullstendig ny kassett kan settes inn.

Etter at en kassett med en ny filtreringsenhet er satt på plass i apparatet, utøves på nytt klemkraften, hvoretter apparatet vil være fullt operativt.

Det er et vesentlig trekk ved oppfinnelsen at tetning sikres ved at kassettene trykkes mot de inntilliggende plater.

I en foretrukket utførelse av oppfinnelsen er hver mellomliggende plate konstruert med en forsterkningsramme som forløper langs omkretsen av platen og rager ut fra begge sider av platen samt har en form og størrelse slik at rammepartiene som rager ut fra platen delvis overlapper den nærmeste kassettrammen og tjener til strekkavlastende understøttelse for denne kassettrammen når den sistnevnte er i tettende anlegg mot platen. Derved blir kassettene i stand til å motstå høye indre trykk.

Mens det kan benyttes forsterkningsrammer som passer tett rundt kassettene, foretrekkes det i praksis å konstruere kassettrammene og forsterkningsrammene på en slik måte at det gjenstår et mellomrom, i hvilket det innføres kiler.

Raden av kassetter og plater kan fordelaktig bæres av to parallelle bærestenger som er montert i endeplater. Når det er anordnet forsterkningsrammer, vil bare disse direkte være understøttet mot stengene.

Fortrinnsvis kan apparatet dessuten omfatte to stenger som er anordnet parallelt med bærestengene og likeledes er montert i endeplatene, idet alle fire stenger er hule og inneholder en spindel som samvirker med en mutter anordnet på den andre siden av en endeplate og tjener til å trykke endeplatene mot raden av kassetter og plater.

Fortrinnsvis er hver mutter fast forbundet med et tannhjul, og alle fire tannhjul er koblet sammen ved hjelp av et kjede slik at de kan dreies synkront ved hjelp av en felles drivmotor.

Fortrinnsvis har kassettrammene rektangulær form, og filtreringsenhetene er anordnet i midtpartiet av kassettrammene, mens de frie soner befinner seg ved endene av kassettrammene .

I en fordelaktig utførelse av apparatet i henhold til oppfinnelsen er et kammer for oppsamling av filtrat anordnet

på toppen av hver filtreringsenhet.

Hvorvidt de frie soner danner en innløpssone for tilførsel av tilførselsvæske til filtreringsenheten eller en oppsamlingssone for konsentrat avhenger av strømningsretningen i hver enkelt kassett.

Denne strømningsretning bestemmes av konstruksjonen av platene som er anordnet mellom kassettene. Dersom kanalåpninger er anordnet i begge ender av alle platene, vil væsken som tilføres apparatet fordele seg til alle frie soner ved tilførselssiden, og parallellstrømning i en retning mot den motsatte siden av apparatet vil oppnås. De frie soner på den sistnevnte siden av apparatet vil derfor tjene som en felles oppsamlingssone for konsentrat.

Dersom vekselvise plater har kanalåpninger ved motsatte sider av apparatet, vil væske som tilføres til en sone ved én ende av apparatet tvinges til å strømme i serie gjennom alle filtreringsenhetene inntil den har kommet til den motsatte enden av apparatet. I praksis foretrekkes det å benytte en kombinasjon av parallell- og seriestrømning i hele lengden av apparatet eller deler av dette.

Dersom det bare ønskes å benytte en del av apparatet for separering av en væske, anbringes en plate uten kanalåpninger mot den siste kassetten i den del av apparatet som det er ønskelig å utnytte.

En plate uten hull benyttes likeledes for å avgrense væskestrømmen ved endene av apparatet.

Ved hjelp av en passende sammensetning av kassetter med og uten midler for tilførsel av tilførselsvæske/oppsamling av konsentrat og et passende arrangement av mellomliggende plater uten hull, med hull ved én ende, eller med hull ved begge ender, er det mulig på en enkel måte å oppnå strømningsmønster

som fyller sterkt varierende behov.

Fortrinnsvis kan membranene i stabelen som danner filtreringsenheten være anordnet i form av par av membraner, og de to membraner i hvert par kan være atskilt ved hjelp av et avstandselement for å muliggjøre at filtratet kan strømme fra det indre av filtreringsenheten mot kammeret for filtratoppsamling uten stor motstand. Det er funnet særlig fordelaktig å benytte avstandselementer i form av et nett eller et bånd av syntetisk tråd, f.eks. tråd dannet av monofilamenter av polypropylen.

Et strikket nett eller bånd er funnet å være bedre egnet enn et vevet nett eller bånd, fordi det førstnevnte er mindre flatt enn et vevet nett eller bånd og følgelig bevirker mindre motstand mot strømmen av væske. Et særdeles egnet nett eller bånd er et strikket nett eller bånd som er biaksialt strukket i forbindelse med varmebehandling, idet en slik behandling øker stivheten til nettet eller båndet.

Når membranene er anordnet i form av par slik som beskrevet, kan avstandselementer fordelaktig innsettes mellom innbyrdes mot hverandre vendende membraner i hvert av to suksessive par, hvilke avstandselementer fortrinnsvis består av et ekstrudert nett eller bånd.

I en særlig foretrukket utførelse er stabelen av membraner slik anordnet at membranene er anordnet i plan vinkelrett på lengdeaksen til apparatet, og stabelen er innelukket mellom to endeplater.

Dermed vil de to udekkede sidene av stabelen befinne seg nær den frie sonen for tilførsel av væske til strømningskanalene, henholdsvis den frie sonen for oppsamling av konsentrat.

For å understøtte stabelen kan tverr-ribber være anordnet på de to udekkede sider av stabelen, idet endene av ribbene er

innført i motsvarende slisser i kantene av endeplatene.

Det ovenfor nevnte kammer for filtratoppsamling befinner seg fortrinnsvis på toppen av stabelen, og i så fall er en bunnplate anordnet på undersiden av stabelen, hvilken bunnplate er forbundet med endeplatene.

I kammeret for filtratoppsamling kan likeledes tverr-ribber være anordnet for å understøtte stabelen.

Fortrinnsvis er filtreringsenheten dannet av stabelen med endeplater, bunnplater og kammer for filtratoppsamling med filtratutløp løst anordnet i kassettrammen, slik at den enkelt og hurtig kan tas ut og erstattes av en ny enhet i tilfelle av membransvikt eller feil.

Oppfinnelsen angår også en fremgangsmåte for fremstilling av en filtreringsenhet som omfatter en stabel av membraner, i hvilken to atskilte systemer av strømningskanaler er anordnet for å lede væske langs motsatte flater av hver membran, dvs. et første system for å lede tilførselsvæske eller konsentrat og et annet system for å lede filtrat.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen kjennetegnes ved følgende trinn: (a) dannelse av en stabel av konvolutt-formede membranenheter, (b) tilførsel av et herdbart, flytende bindemiddel mellom tilstøtende membranenheter fra kantene av disse i et område som forløper over hele lengden og bredden av en flate på stabelen, til en forut bestemt avstand fra denne flaten, (c) at det således tilførte bindemiddel bringes til å herde, og (d) at det herdede bindemiddel og kantpartiene av membranene fjernes til en dybde som er mindre enn den forut bestemte avstand.

Ved den beskrevne fjernelse av materialet fra overflaten av stabelen vil kantsonene av de konvolutt-formede membranenheter bli fjernet, hvorved det dannes en fri utløpsåpning fra hver membranenhet i hele lengden av membranenheten, hvorved motstanden mot strømning av filtrat ut av enheten minskes til et minimum. På grunn av den begrensede dybden som materialet fjernes i dannes det ingen kanal til de frie rom mellom membrånenhetene. Når filtreringsenheten er anbragt i et filtreringshus, f.eks. en kassett av den type som er beskrevet ovenfor og som har et innløpskammer for tilførselsvæske eller konsentrat og et utløpskammer for filtrat, kan det derfor oppnås en pålitelig isolasjon av disse fra hverandre uten at det trengs å anordne særskilte tetningsmidler.

En annen fordel med oppfinnelsen er at det er mulig, uten vesentlige fremstillingsproblemer, å anbringe et avstandselement, f.eks. i form av et nett eller bånd mellom motsatte sider av en membranenhet, og likeledes, om ønskelig, kan avstandselementer, f.eks. i form av et forholdsvis grovt nett eller bånd, anbringes i mellomrommene mellom tilstøtende membranenheter.

Fortrinnsvis benyttes membranenheter i hvilke begge sider består av ikke-vevet stoff, f.eks. komposittfibre som omfatter en kjerne av polypropylen omgitt av polyetylen, på hvilke er påført et tynt belegg av membranmaterialet, dvs. i form av en polysulfon.

De ovenfor nevnte avstandselementer, dvs. begge de som tjener til å holde de to membransidene fra hverandre, og de som holder tilgrensende membranenheter fra hverandre, trenger ikke å bestå av separate elementer, men kan være dannet av partier i ett med membranene.

Membranene kan som et eksempel fremstilles ved påføring av et membranlag, f.eks. bestående av polysulfon eller polyvinyli-denfluorid på et enakset profilert underlag, f.eks. i form av et strikket bånd, som anbringes på innerflatene til den konvolutt-formede membranenhet, for derved å fremme strømmen av filtrat mot filtratutløpet. Om ønskelig kan dessuten et separat nett eller bånd anordnes som et avstandselement i hver membranenhet.

I en annen foretrukket utførelse benyttes membranenheter som er dannet ved påføring av et membranlag på et sterkt, biaksialt profilert underlag, f.eks. i form av et grovt nett. Dermed er det mulig å oppnå membraner som er profilert på begge sider. Ved bruk av slike membraner dannes det strømningsfremmende kanalsystemer både i det indre av membrånenhetene og i mellomrommene mellom tilgrensende membranenheter.

Kanalsystemet i mellomrommene (konsentratkanalene) dannes ved påvirkning fra driftstrykket i konsentratet, som trykker membranlagene inn i maskeområdene til underlaget.

I en annen utførelse benyttes membranenheter som består av et membranlag som er formet på et enakset profilert underlag, til baksiden av hvilket er festet et grovt nett, f.eks. ved sveising. Nettet sikrer at sidene av membranenheten holdes fra hverandre, fordi driftstrykket vil bevirke at membranlagene deformeres i områdene som tilsvarer maskene til det grove nettet, og det enakset profilerte underlag sikrer dannelsen av et kanalsystem for filtrat.

I stedet for å benytte et nett som festes til baksiden av membranunderlaget, kan det benyttes en tynn, profilert og perforert plate. Fastgjøringen av en slik plate kan f.eks. oppnås ved punktsveising.

Et slikt system har forholdsvis høy styrke og stivhet og er i stand til å motstå forholdsvis store skjærkrefter. Den nevnte plate kan være enakset eller biaksialt profilert.

Ved valg av passende separate avstandselementer og/eller integrerte avstandselementer kan det oppnås ønskede hoved-strømningsretninger både på konsentrat- og■filtratsiden. Det foretrekkes å benytte avstandselementer som sikrer at hovedretningen til strømmen på konsentratsiden er vinkelrett på hovedretningen til strømmen på filtratsiden, og at strømmen på filtratsiden styres direkte mot utløpsåpningen eller åpningene i hver membranenhet.

De konvolutt-formede membranenheter fremstilles fortrinnsvis ved at et membranark, f.eks. med rektangulær form, anbringes på toppen av et annet og at arkene sammenføyes langs alle fire kanter ved sveising eller liming, idet et skilleelement om ønskelig anbringes mellom membranlagene før sveisingen eller limingen.

Etter overflatebehandling, om ønskelig, av områdene som senere kommer i kontakt med det herdbare bindemiddel, for det formål å forbedre adhesjonen av bindemidlet til membrånenhetene, bygges det opp en stabel av membranenheter og eventuelle avstandselementer, og et herdbart bindemiddel tilføres i mellomrommene mellom membrånenhetene, i det minste på én, og om ønskelig to motstående flater på stabelen.

Det herdbare bindemiddel som benyttes for dette formål er fortrinnsvis en polyuretan, men også andre materialer, slik som epoksyharpiks som er i stand til å danne binding mellom membrånenhetene og som er motstandsdyktig under de tilstander som inntreffer ved drift av membranfiltreringsapparatet, kan komme i betraktning.

Etter at bindemidlet er herdet fjernes kantpartiene av membrånenhetene og eventuelle avstandselementer som er anordnet mellom disse, samt bindemidlet, fra den flaten eller de flater der bindemidlet tidligere ble innført i mellomrommene mellom membrånenhetene. Fjernelsen av material stanser når de ønskede åpninger er dannet langs kantene av membranen-hetene, slik at de gjenstående partier av sammenføyningen dannet av bindemidlet ikke påvirkes.

Fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er særlig egnet for dannelse av filtreringsenheter til bruk i et filtreringsappa-rat av den konstruksjon som er beskrevet ovenfor, men enhetene som dannes med fremgangsmåten kan også benyttes i andre membranfiltreringsapparater, i hvilke det er ønskelig med det samme mønster av strømningskanaler.

Oppfinnelsen skal nå beskrives med henvisning til de vedføyde tegninger.

Figur 1 viser i atskilt tilstand et apparat i henhold til en

foretrukket utførelse av oppfinnelsen.

Figur 2 viser, sett mot en ende, et apparat i henhold til en

annen utførelse av oppfinnelsen.

Figur 3 er et tverrsnitt etter linjen III-III i figur 2. Figur 4 viser i atskilt tilstand en filtreringsenhet som er egnet til bruk i apparatet i henhold til oppfinnelsen. Figur 5-7 illustrerer trinn ved fremstillingen av en filtreringsenhet ved hjelp av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen. Figur 8-10 viser eksempler på membranenheter som kan benyttes ved utførelse av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen. Figur 11 viser forstørret og skjematisk et snitt gjennom et utsnitt av en filtreringsenhet dannet av membranenheter slik som i figur 10. Figur 12 er et snitt gjennom et utsnitt, etter linjen XII-XII

i figur 11.

Figur 13 viser i perspektiv skjematisk et hjørne av en filtreringsenhet dannet av membranenheter slik som i figur 10, med en modifikasjon. Figur 14 viser, sett fra siden, en kassettramme (uten filtreringsenhet) til bruk i et apparat i henhold

til oppfinnelsen.

Figur 15 er et snitt etter linjen XV-XV i figur 14.

Figur 16 er et snitt etter linjen XVI-XVI i figur 14.

Figur 17 viser, sett fra siden, en plate med forsterkningsramme til bruk i et apparat i henhold til oppfinnelsen. Figur 18 er et snitt etter linjen XVIII-XVIII i figur 17.

Apparatet vist i figur 1 omfatter fem kassettrammer 1, 2, 3, 4 og 5, som hver inneholder en sentralt anordnet filtreringsenhet 6 som bare opptar en del av det indre av kassettrammen, slik at frie soner 7 og 8 er dannet ved motsatte ender av hver kassettramme. En kassettramme med en filtreringsenhet anordnet i denne vil i det følgende bli kalt en kassett. På oversiden av hver kassett er det anordnet et utløpsrør 9 for filtrat. Røret 9 kommuniserer med et kammer for filtratoppsamling, som skal beskrives nærmere i det følgende. Mellom tilgrensende kassetter er det anordnet plater 10, 11, 12 og 13. Langs omkretsen av hver plate er det anordnet en ramme 14 som rager ut fra begge sider av platen.

Platene 10 er understøttet på to stenger 16, som er montert i endeplater 17 og 18, som igjen er montert på en ramme 19.

Endeplatene er forbundet med to ytterligere stenger 20. Stengene 16, 20 er hule og inneholder spindler 21, som er festet i spindelfester 22 på yttersiden av endeplaten 18.

Når apparatet er montert, er de gjengede ender av spindlene 21 skrudd inn i gjenger i muttere 23 montert på yttersiden av endeplaten 17. Mutrene er koblet til tannhjul 24, og alle fire tannhjul 24 kan drives synkront av en motor, som ikke er vist.

Som det fremgår av figur 1, er to av kassettrammene, nemlig 1 og 5, forbundet med et tilførsels-/utløpsrør 25 for henholdsvis tilførselsvæske og konsentrat. I platene 10-13 er det vekselvist anordnet strømningskanalåpninger 26 på den ene og annen side av apparatet.

Apparatet vist i figur 2 og 3 omfatter likeledes en ramme 30, på hvilken to par hule stenger 31 og 32 er understøttet, hvilke er montert i endeplater 31 og 34. På stengene 31 og 32 understøttes en rad av fire kassettrammer 35, 36, 37 og 38. Plater 39 er anordnet mellom hvert par kassettrammer og i området mellom endeplaten 33 og kassettrammen 35 samt mellom kassettrammen 38 og endeplaten 34. Hver plate 39 er konstruert i ett med en forsterkningsramme 40 som rager ut fra begge sider av rammen.

Kassettrammene 35-38 er tettet mot platene 39 ved hjelp av 0-ringer. Hver kassettramme inneholder en filtreringsenhet 42 i form av en stabel av par av membraner og mellomliggende avstandselementer. Ved endene er stabelen innelukket mellom endeplater 43, og på undersiden av en bunnplate 44. På toppen er filtreringsenheten utstyrt med et kammer 45 for filtratoppsamling, med et filtratutløp 46.

I mellomrommene mellom yttersidene av kassettrammene og de partier av forsterkningsrammene 40 som overlapper kassettrammene er kiler 47 anordnet med passende mellomrom. Kassettrammene beskyttes derved mot å deformeres når de utsettes for høye indre trykk.

Hver av de hule stenger 31 og 32 inneholder en spindel 48, som er montert i et spindelfeste 49 som er festet til yttersiden av endeplaten 34. På den motsatte enden er spindelen gjenget og festet til en mutter 50 som er festet til et tannhjul 51. Alle fire tannhjul 51 er ved hjelp av et kjede, som ikke er vist, koblet til en ikke vist drivanordning. Ved hjelp av denne drivanordning kan endeplatene beveges mot eller bort fra hverandre.

Filtreringsenheten vist i figur 4 omfatter en membranstabel 60 som består av flere membraner 61, f.eks. i et antall på 100 eller flere, anordnet i par, idet et avstandselement i form av et nett eller bånd 63 er anordnet mellom membranene i hvert par 62 og tjener til å holde membranene i en avstand fra hverandre slik at filtratet kan strømme langs membranene mot et kammer for filtratoppsamling som skal beskrives i det følgende. Parene av membraner er atskilt fra hverandre ved hjelp av avstandselementer i form av nett eller bånd 64 som er grovere enn nettene eller båndene 63. På endene av stabelen av membraner er det anordnet endeplater 65 som på undersiden av stabelen 60 av membraner er sammenkoblet ved hjelp av en bunnplate 66.

På sideflatene av stabelen 60 av membraner er det anordnet bæreribber 67, og endene av disse er festet i slisser 68 i kantene av endeplatene.

Oversiden av filtreringsenheten er dannet av en topp-plate 69, som sammen med nedoverragende sideveggpartier 69a og endeveggpartier 69b danner et kammer 70 for filtratoppsamling på toppen av stabelen 60 av membraner. I dette kammer er det anordnet tverrgående bæreribber 71, i hvilke er dannet bueformede utsparinger 72 øverst for å muliggjøre at filtrat som samles opp i kammeret 70 kan strømme mot et filtratutløp 73 .

Filtreringsenheten vist i figur 4 kan fordelaktig fremstilles på følgende måte: Én ende av hver bæreribbe 67 innføres i den tilsvarende kantslissen 68 i én av endeplatene 65 og sveises i denne. Deretter fremstilles det nødvendige antall par 62 av membraner med mellomliggende avstandselementer 63, ved å anbringe et nett eller bånd 63 mellom de to membraner i hvert par og å lukke hvert par langs tre kanter ved hjelp av et klebemiddel eller ved varmforsegling. Parene 62 av membraner som er dannet på denne måte stables deretter mot hverandre på den nevnte endevegg 65, med mellomliggende avstandselementer 64 mellom parene. Den andre endeplaten 65 anbringes nå mot stabelen og forbindes med bæreribbene 67 ved at de frie ender av ribbene innføres i kantslissene 68 i platen og sveises i disse. Et støpemateriale eller et bindemiddel innføres nå i mellomrommene mellom parene 62 av membraner fra toppen og bunnen av enheten som således dannes ved å anbringe enheten henholdsvis i snudd og opprett stilling, i en støpekasse som delvis er fylt med støpemateriale, og støpematerialet trenger også inn i mellomrommene til avstandselementene 64. Støpematerialet innføres inntil en avstand på f.eks. 40 mm fra henholdsvis den øvre og nedre flaten på enheten.

Etter herding av støpematerialet fjernes støpekassen, og når både toppen og bunnen er behandlet på denne måte sveises bunnplaten 66 på plass mellom de to endeplater 65.

Toppen av den således dannede enhet utsettes nå for en overflateskjæring eller maskineringsoperasjon, for å fjerne materiale inntil en dybde som er vesentlig mindre enn den ovenfor nevnte avstand, f.eks. 3 mm. Dermed dannes det en fri kanal til strømningskanalene mellom de to membraner i hvert par 62 uten å danne kommunikasjon med strømningskanalene dannet av avstandselementene 64 mellom suksessive par 62 av membraner.

Til slutt dannes kammeret for filtratoppsamling ved at topp-platen 69 med bæreribber 71 og veggpartier 69a og 69b sveises til enheten. Figurene 5-7 viser de vesentlige trinn ved fremgangsmåten for fremstilling av en filtreringsenhet i henhold til oppfinnelsen. Figur 5 viser skjematisk et snitt gjennom et utsnitt av par 62 av membraner som er anbragt i en stabel. Avstandselementene

63 og 64 i figur 4 er utelatt i figur 5, fordi, slik det skal forklares i det følgende, i noen utførelser av fremgangsmåten kan de nødvendige avstander mellom membranene oppnås ved andre

midler enn separate avstandselementer.

Figur 6 viser innføring av et bindemiddel 101 i mellomrommene mellom membrånenhetene som er dannet av parene 62 av membraner, fra den øvre flaten av stabelen og til en avstand a fra den øvre flaten. Dersom avstandselementer 64 er anordnet mellom membrånenhetene, vil bindemidlet trenge ned i mellomrommene til avstandselementene. Strekpunktlinjen 102 i figur 6 viser dybden b som materiale fjernes til, f.eks. ved overflateskjæring eller en maskineringsoperasjon etter herding av bindemidlet. Materialet som fjernes omfatter bindemidlet, kantpartiene av membrånenhetene og eventuelle

avstandselementer 63 og 64.

Figur 7 viser stabelen av membranenheter i den endelige form. Det fremgår at inne i hver membranenhet er det dannet en strømningskanal 103 som ved toppen av stabelen har en uinnsnevret åpning 104 som rager i hele lengden av membranenheten, slik at filtratet som oppsamles i membranenheten kan strømme ut av enheten med et minimum av motstand. På den annen side er hele oversiden av stabelen, omfattende de frie åpninger 104 i membrånenhetene, tettende atskilt fra strømningskanalene 105 for konsentrat som er dannet mellom membrånenhetene av strengene av bindemiddel 106 som gjenstår mellom membrånenhetene.

I utførelsen som er beskrevet med henvisning til figur 4 tilføres også bindemiddel mellom membrånenhetene fra bunnen av stabelen, men ikke etterfulgt av fjernelse av materiale. Med denne operasjon vil også strenger av bindemiddel dannes mellom membrånenhetene ved bunnen av stabelen, og dessuten vil membrånenhetene bli lukket langs de nedre kanter, dersom de ikke på forhånd var lukket. Dersom membrånenhetene allerede er lukket langs alle fire kanter før stablingen, kan behandlingstrinnene på bunnen av stabelen utelates om ønskelig, men de kan være nyttige for å stabilisere membrånenhetene. På den annen side kan hele rekken av operasjons-trinn, omfattende fjernelsen av materiale, i dette tilfellet gjentas på bunnen av stabelen, dersom det er ønskelig å danne filtreringsenheten med et ytterligere kammer for filtratutløp ved bunnen av stabelen.

Figur 8 viser en membranenhet som også består av to membraner 107 og 108. Hver membran består av et enakset profilert underlag, på hvilket et membranbelegg er påført, og de profilerte flater på membranene er anordnet flate mot flate.

Som det fremgår av den detaljerte fremstilling i figur 8, har de to membransider som vender mot hverandre en vertikalt ragende profilstruktur, slik at et stort antall smale, vertikale strømningskanaler 109 for filtrat er dannet. Ved oppbygning av en stabel av membranenheter av den type som er vist i figur 8 kan avstandselementer 64 fordelaktig anordnes mellom membrånenhetene, slik som i figur 4.

Figur 9 viser to membraner 110 og 111 som tilsvarer membranene 107 og 108 vist i figur 8. Membrånenhetene omfatter dessuten et stivt avstandselement 112 anordnet mellom membranene 110 og 111, og dette element er på begge sider utstyrt med ribbelignende fremspring 113 som rager vinkelrett på profilstrukturen til de motstående membransider.

Som en følge av det forholdsvis høye væsketrykket på konsentratsiden vil membranene under bruk bli trykket inn i fordypningene mellom de ribbelignende fremspring, og danner derved horisontale strømningskanaler for væsken som skal behandles, og disse kanaler forløper vinkelrett på strøm-ningskanalene på filtratsiden.

Med den viste membranenhet er det således dannet strømnings-kanalsystemer både på filtratsiden og konsentratsiden.

Et tilsvarende fordelaktig strømningsmønster kan oppnås ved bruk av membranenheten vist i figur 10, som består av en membran 114 som har tilsvarende profilstruktur som nevnt med henvisning til figur 8, og en annen membran 115 som har en dobbel profilstruktur som omfatter finprofilerte områder 116 atskilt av større, ribbelignende fremspring 117, som ved bruk av membranenheten i en stabel danner horisontale strømnings-kanaler 118 på konsentratsiden, mens den profilerte struktur av membranene 114 danner vertikale strømningskanaler 119 på filtratsiden, slik som vist i figurene 11 og 12. I disse figurer er hver membran vist i form av et membranbelegg 114 og 115, som er påført et underlag 114a og 115a som består av strikkede bånd som er profilert slik som nevnt ovenfor.

Filtreringsenheten vist i figur 13 er bygget opp av slike membranenheter som er vist i figur 10, med den modifikasjon at membrånenhetene er avfaset mot sidekantene for å danne mellomrom, som ved hjørnene av filtreringsenheten er fylt med herdet bindemiddel 120.

Figur 13 viser også at filtreringsenheten har et stort antall fine, vertikale strømningskanaler 119 for filtrat, og atskilt fra disse, et mindre antall horisontale strømningskanaler 118 for væske som skal behandles.

Kassettrammen vist i figurene 14, 15 og 16, tilsvarende delene 35-38 i figur 3, omfatter fire flate staver som danner rammesidene, dvs. en nedre stav 80, en øvre stav 81 og to sidestaver 82, 83. Sidestaven 82 har en åpning 84, gjennom hvilken det indre av kassettrammen kommuniserer med et rør 85 for tilførsel av tilførselsvæske/utløp av konsentrat, i hvilket er dannet en lignende åpning 86.

I den øvre stav 81 er det anordnet et utløpsrør 87 for filtrat.

I kantene av sidestavene er det dannet spor 88 for anbringelse av O-ringer.

Figurene 17 og 18 viser en rektangulær plate 121, tilsvarende deler 39 i figur 3, som langs omkretsen er utstyrt med en ramme 122 som rager ut fra begge sider av rammen for delvis å overlappe de tilgrensende kassettrammer 80-83 når raden av kassetter og plater er satt sammen. På den høyre enden av platen er det dannet en rad av gjennomgående hull 123, som danner strømningskanaler mellom de frie soner til tilgrensende kassettrammer.

Når platen 121 benyttes som endeplate i raden av kassetter og plater er det ikke dannet hull i platen.

Avhengig av det ønskede strømningsmønster kan platen være utstyrt med hull ved begge ender i stedet for bare ved én ende.

Claims (20)

1. Apparat for separering av en væske i en filtratfraksjon og en konsentratfraksjon ved membranfiltrering, hvilket apparat omfatter flere separate, utskiftbare filtreringsenheter (6,

42), som hver består av en stabel av flere membraner (61), i hvilke det er anordnet to atskilte systemer av strømningskanaler for å lede væsker langs motsatte flater av hver membran, nemlig et første system for å lede tilført væske eller konsentrat fra et innløp til et utløp og et annet system for å lede filtrat til et utløp, karakterisert ved at apparatet omfatter en rad av kassetter (1-5, 6, 35-38, 42) anordnet side ved side og atskilt fra hverandre av mellomliggende plater (10-13, 39), idet hver kassett omfatter en kassettramme (1-5, 35-38) og en filtreringsenhet (6, 42) av nevnte type anordnet i disse på en slik måte at strømningskanalene i det første system er åpne mot to frie soner (7, 8) inne i kassettrammen, mens strømningskanalene i det annet system i det minste ved én ende er åpne og kommuniserer med midler (9, 87) for separat utslipp av filtrat fra hver filtreringsenhet, og apparatet omfatter dessuten midler (25, 85) for å tilføre væske til en fri sone (7, 8) i det minste i én kassettramme (1-5, 35-38), og midler (25, 85) for å slippe ut konsentrat fra en fri sone i det minste i én kassettramme, idet kanalåpninger (26, 123) er anordnet etter behov i de mellomliggende plater (10-13, 39, 121) for å sammenkoble frie soner (7, 8) i tilgrensende kassettrammer (1-5, 35-38), midler (16, 31) for å holde raden av kassetter og mellomliggende plater og midler (21-24) for å klemme raden sammen for å holde kassettrammene tettende mot de mellomliggende plater, samt for å løsgjøre raden for å muliggjøre individuell fjernelse av hvilken som helst utvalgt kassett.

2. Apparat som angitt i krav 1, karakterisert ved at hver mellomliggende plate (10-13, 39, 121) er konstruert med en forsterkningsramme som forløper langs omkretsen av platen og rager ut fra begge sider av platen samt har en slik form og størrelse at rammepartiene som rager ut fra platen delvis overlapper den nærmeste kassettrammen (1-5, 35-38) og tjener som en strekkavlastende understøttelse for denne kassettrammen når den sistnevnte er i tettende anlegg mot platen (10-13, 39, 121) .

3. Apparat som angitt i krav 2, karakterisert ved anordningen av kiler (47) i mellomrommet mellom ytterflatene av kassettrammene og innerflåtene av forsterkningsrammene.

4. Apparat som angitt i krav 1, karakterisert ved at raden av kassetter (1-5, 6, 35-38, 42) og platene (10-13, 39, 121) bæres av to parallelle bærestenger (16, 31) som er montert i endeplater (17-18, 33-34).

5. Apparat som angitt i krav 4, karakterisert ved at det omfatter to stenger (20, 32) som er anordnet parallelt med bærestengene (16, 31) og likeledes er montert i endeplatene, og at alle fire stengene er hule og hver inneholder en spindel (21, 47) som samvirker med en mutter (23, 49) anordnet på yttersiden av én endeplate (17-18, 33-34) og tjener til å trykke endeplatene (17-18, 33-34) mot raden av kassetter (1-5, 6, 35-38, 42) og platene (10-13, 39, 121).

6. Apparat som angitt i krav 5, karakterisert ved at hver mutter (23, 50) er fast forbundet med et tannhjul (24, 51).

7. Apparat som angitt i krav 1, karakterisert ved at kassettrammene (1-5, 35-38) har rektangulær form, og at filtreringsenhetene (6, 42) er anordnet i det midtre parti av kassettrammene, mens de frie soner (7, 8) befinner seg ved endene av kassettrammene.

8. Apparat som angitt i krav 7, karakterisert ved at et kammer (70) for oppsamling av filtrat er anordnet på toppen av hver filtreringsenhet .

9. Apparat som angitt i krav 1, karakterisert ved at i det minste noen av platene (10-13, 39, 121) har kanalåpninger (26, 123) ved én ende av platene.

10. Apparat som angitt i krav 9, karakterisert ved at noen av platene har kanalåpninger (26, 123) ved begge ender av platene.

11. Fremgangsmåte for fremstilling av en filtreringsenhet som omfatter en stabel av membraner, i hvilken to atskilte systemer av strømningskanaler er anordnet for å lede væsker langs motsatte flater av hver membran, nemlig et første system for å lede tilført væske eller konsentrat og et annet system for å lede filtrat, karakterisert ved følgende trinn: (a) oppbygning av en stabel av konvolutt-formede membranenheter (62; 107, 108; 110, 111; 114, 115), (b) tilførsel av et herdbart, flytende bindemiddel (101) mellom tilstøtende membranenheter fra kantene av disse, i et område som rager over hele lengden og bredden av en flate på stabelen, inntil en forutbestemt avstand (a) fra denne flaten, (c) at bindemidlet som er tilført bringes til å herde, og (d) at det herdede bindemiddel og kantpartiene til membranene fjernes ned til en dybde (b) som er mindre enn den nevnte, forutbestemte avstand.

12. Fremgangsmåte som angitt i krav 11, karakterisert ved at det anvendes membranenheter (62; 107, 108; 110, 111; 114, 115) som har innebyggede eller separate avstandselementer.

13. Fremgangsmåte som angitt i krav 11 eller 12, karakterisert ved at ved oppbygningen av stabelen anbringes avstandselementer (64) mellom de konvolutt-formede membranenheter.

14. Fremgangsmåte som angitt i krav 11 eller 12, karakterisert ved at det anvendes membranenheter (62; 107, 108; 110, 111; 114, 115) med innebyggede avstandselementer av en konstruksjon eller utformning slik at det dannes strømningskanaler for filtrat inne i hver membranenhet.

15. Fremgangsmåte som angitt i krav 11 eller 14, karakterisert ved at det anvendes membranenheter (110, 111; 114, 115) med innebyggede avstandselementer med en utformning som danner strømningskanaler mellom tilgrensende membranenheter.

16. Fremgangsmåte som angitt i krav 11, karakterisert ved at det anvendes konvolutt-formede membranenheter dannet ved sammenføyning av to rektangulære membranark langs deres kanter, for eksempel ved sveising, varmforsegling eller liming.

17. Fremgangsmåte som angitt i krav 11, karakterisert ved at det anvendes et bindemiddel som består av en polyuretan.

18. Fremgangsmåte som angitt i krav 11, ved hvilken fjernelse av materialet utføres ved en overflateskjæring eller maskineringsoperasjon.

19. Fremgangsmåte som angitt i krav 11, karakterisert ved at trinnene (b) og (c) utføres i to motsatte overflateområder av stabelen.

20. Fremgangsmåte som angitt i krav 19, karakterisert ved at også trinn (d) utføres i to motsatte overflateområder av stabelen.