WO1999042203A2 - Method and device for the treatment and/or pretreatment of liquids to be treated by means of a membrane filtration device - Google Patents

Method and device for the treatment and/or pretreatment of liquids to be treated by means of a membrane filtration device Download PDF

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WO1999042203A2
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Roland Schüssler
Hans-Peter Feuerpeil
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Membraflow Gmbh & Co. Kg Filtersysteme
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  • Comprise proportion of aqueous solution there is the problem of adding the pore channels, which are preferably in the range of 3 - 5000 nm nominal pore size. Larger particles or agglomerates contained in the solution are deposited on the membrane surface without binding to it, reduce the free surface and thus set the pores of the membrane
  • the object of the invention is therefore to provide a process for the pretreatment of liquids, in particular those containing at least a portion of water
  • the crystallites formed in this way can also be deposited on the pore channels, but do not form any firmly bonded to the pore material
  • the magnetic fields can be generated, for example, by permanent magnets or in an alternative embodiment by electromagnets.
  • Fig. 2 a greatly enlarged view of a membrane filter with the
  • Tangential flow filtration is characterized by the presence of two volume flows, the speed v 1 of the filtrate perpendicular to the membrane surface 1, the so-called permeate esc speed, and the speed v 2 tangential to the membrane surface 1, the so-called overflow speed.
  • Volume flow Q 1 determines the filter or permeate performance and volume flow Q 2 the overflow volume, which is to largely prevent the deposition of substances on the membrane surface 1 by tangential rinsing.
  • Permanent magnetic designs are also conceivable, as is known, for example, from "WWF Panda 2000 Catalog of Spring & Summer 1998, p.242".
  • work should preferably be carried out at a high overflow rate of the liquid medium.
  • an alternating field is preferred.
  • the precipitation of crystals 28 is induced by the applied magnetic field.
  • the liquid to be filtered can be pretreated in one or more facilities. This happens for example in the
  • Pretreatment system 101 which in the case shown comprises a total of three pretreatment devices 108, 110 and 112, a precipitation in the first pretreatment device 108, a flocculation in the second pretreatment device 110, and the third pretreatment device 112 a sand filter.
  • the device according to the invention for generating magnetic, electrical or electromagnetic fields can be arranged in a wide variety of locations in the membrane filter system shown, for example an arrangement in front of each of the individual pretreatment devices or between them would be possible, as indicated by the reference numbers 122, 124, 126 and 128.
  • Pretreatment system 101 would also be possible to arrange in the area of treatment device 100 itself.
  • the device according to the invention could be arranged between pumps 106 and 104, directly in front of the membrane filter device 102 or in the area of the membrane filter device itself and in the return line 129 of the membrane filter device 102

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Abstract

The invention relates to a method for the treatment and/or pretreatment of liquids to be filtered by means of a membrane filtration device (202), especially solutions, emulsions or suspensions containing water. Said method consists of the following steps: feeding liquids to be filtered to a treatment device (100) and/or pretreatment device (101) and/or filtration device (102); applying magnetic and/or electromagnetic fields (122, 123, 124, 126, 128, 130, 132, 134, 136, 138) in a treatment device (100) and/or pretreatment device (101) and/or filtration device (102) in such a way that the liquids to be filtered by means of the membrane (1) are or have been exposed to said fields; and evacuating the treated liquids from the treatment device (100), pretreatment device (101) or filtration device (102).

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung und/oder Method and device for treatment and / or
Vorbehandlung von mittels einer Membranfiltereinrichtung zu behandelnden FlüssigkeitenPretreatment of liquids to be treated by means of a membrane filter device
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung und/oder Vorbehandlung von mittels einer Membraπfiltereinrichtung zu filternden Flüssigkeiten, insbesondere wasserhaltigen Lösungen, Emulsionen, Suspensionen sowie eine Membrananlage mit einer Zuführungeinrichtung zum Zuführen von zu behandelnden Flüssigkeiten umfassend mindestens eine Membranfiltereinrichtung sowie mindestens eine Einrichtung zum Abführen des Filtrates und des Konzentrates gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung gemäß Anspruch 10.The invention relates to a method for the treatment and / or pretreatment of liquids to be filtered by means of a membrane filter device, in particular water-containing solutions, emulsions, suspensions, and a membrane system with a supply device for supplying liquids to be treated, comprising at least one membrane filter device and at least one device for removing the filtrate and the concentrate according to the preamble of claim 1 and an apparatus according to claim 10.
Verfahren zur Filterung von Flüssigkeit mittels Membranfiltern, insbesondere Keramikmembranfiltern die vorzugsweise aus α-Aluminiumoxid, Zr02 oderMethod for filtering liquid by means of membrane filters, in particular ceramic membrane filters which are preferably made of α-aluminum oxide, Zr0 2 or
Ti02 bestehen, werden in einer Vielzahl von Anwendungsgebieten eingesetzt. Beispielhaft seien hierfür die Molkereiindustrie, die Lebensmittel- /Getränkeindustrie, die pharmazeutische und chemische Industrie sowie insbesondere die Aufbereitung von Wässern und Abwässern genannt. Insbesondere bei der Verarbeitung von Flüssigkeiten, die zumindest einenTi0 2 exist, are used in a variety of applications. Examples include the dairy industry, the food / beverage industry, the pharmaceutical and chemical industry and, in particular, the treatment of water and waste water. Especially when processing liquids containing at least one
Anteil von wässriger Lösung umfassen, besteht das Problem des Zusetzeπs der vorzugsweise im Bereich von 3 - 5000 nm Nennporengröße liegenden Porenkanäle. In der Lösung enthaltene größere Partikel oder Agglomerate schlagen sich ohne mit der Membranoberfläche eine Bindung einzugehen auf dieser nieder, reduzieren die freie Oberfläche und setzen so die Poren derComprise proportion of aqueous solution, there is the problem of adding the pore channels, which are preferably in the range of 3 - 5000 nm nominal pore size. Larger particles or agglomerates contained in the solution are deposited on the membrane surface without binding to it, reduce the free surface and thus set the pores of the membrane
Membran zu. Durch Rückspülung können derartige Teilchen in der Regel entfernt werden. Wesentlich schwieriger ist die Reinigung, wenn die in der Lösung enthaltenen Stoffe auf der Poreπoberfläche adsorbiereren oder durch das Anwachsen der Adsorbatschicht die Poren der Membran zuwachsen und schließlich verstopfen. Bei derartig verstopften Membranen müssen bislang chemische Reinigungsverfahren eingesetzt werden, mit denen die Bindung der Adsorbatschicht an die Porenwände aufgebrochen bzw. die Verschmutzung aufgelöst wird. So kann man beispielsweise zum Entfernen von CaC03 -Adsorbatschichten Essigsäure verwenden; die Entfernung von Adsorbatschichten, die Si-Verbindungen, wie beispielsweise polymere Kieselsäure enthalten ist nur mit sehr starken Chemikalien wie beispielsweiseMembrane too. Such particles can generally be removed by backwashing. Cleaning is much more difficult if the substances contained in the solution adsorb on the pore surface or the pores of the membrane grow and eventually clog due to the growth of the adsorbate layer. In the case of such clogged membranes, chemical cleaning processes with which the binding has been used have hitherto been used the adsorbate layer is broken up on the pore walls or the contamination is dissolved. For example, acetic acid can be used to remove CaC0 3 adsorbate layers; the removal of adsorbate layers that contain Si compounds, such as polymeric silica, is only possible with very strong chemicals, such as
HF-Säure möglich, was zur Beschädigung bzw. Zerstörung des Keramikfilters führt.HF acid possible, which leads to damage or destruction of the ceramic filter.
Aufgabe der Erfindung ist es somit, ein Verfahren zur Vorbehandlung von Flüssigkeiten, insbesondere solchen die zumindest einen Anteil wässrigerThe object of the invention is therefore to provide a process for the pretreatment of liquids, in particular those containing at least a portion of water
Lösung umfassen, anzugeben, mit dem die Ausbildung von Adsorbatschichten auf den Porenwänden der Membran weitgehend unterbunden werden kann.Solution include to specify, with which the formation of adsorbate layers on the pore walls of the membrane can be largely prevented.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die in derAccording to the invention the object is achieved in that the
Membrananlage zu filtrierende Flüssigkeit magnetischen und/oder elektromagnetischen Feldern ausgesetzt wird. Diese Felder können sowohl statische Felder als auch Wechselfelder sein. Auch ist das Anlegen von elektrischen Feldern denkbar.Membrane system to be filtered liquid is exposed to magnetic and / or electromagnetic fields. These fields can be both static fields and alternating fields. The creation of electrical fields is also conceivable.
Aus der DE 25 25 334 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ultrafiltration und Elektrodialyse bekanntgeworden. Allerdings dient das über der Membrananlage angelegt elektrische Feld gemäß der DE 25 25 334 lediglich dazu, eine Bewegung der in der Lösung enthaltenen Ionen zu induziiereπ und auf diese Art und Weise eine lonentrennung zu erreichen.DE 25 25 334 has disclosed a method and a device for ultrafiltration and electrodialysis. However, the electric field applied above the membrane system according to DE 25 25 334 only serves to induce movement of the ions contained in the solution and in this way to achieve ion separation.
Gemäß der vorliegenden Erfindung bewirkt das Anlegen der elektrischen und/oder magnetischen und/oder elektromagnetischen Felder hingegen, daß die in der wässrigen Lösung vorhandenen geladenen Teilchen, beispielsweise Ionen, kristallisieren bzw. aggregieren und aus der Lösung ausfallen.According to the present invention, however, the application of the electrical and / or magnetic and / or electromagnetic fields causes the charged particles, for example ions, present in the aqueous solution to crystallize or aggregate and to precipitate out of the solution.
Erklärung hierfür könnte der nachfolgende Mechanismus sein: Geladene gelöste Teilchen wie Ionen werden in der wässrigen Lösung stets von der Solvathülle umgeben, die die chemische Reaktionsfähigkeit beeinträchtigt. Um Kristallbildung zu induzieren, muß somit Aktivierungsenergie zugeführt und die Solvathülle aufgebrochen werden.The following mechanism could explain this: In the aqueous solution, charged dissolved particles such as ions are always surrounded by the solvate shell, which affects the chemical reactivity. In order to induce crystal formation, activation energy has to be supplied and the solvate shell has to be broken open.
Dies geschieht durch gezielte Beeinflussung mit elektrischen oder auch magnetischen bzw. elektromagnetischen Feldern.This is done by targeted influencing with electrical or also magnetic or electromagnetic fields.
Die so gebildeten Kristallite können sich zwar auch auf den Porenkanälen ablagern, bilden aber keine fest an das Porenmaterial gebundeneThe crystallites formed in this way can also be deposited on the pore channels, but do not form any firmly bonded to the pore material
Adsorbatschicht aus, sondern können in der Regel beispielsweise durch einfaches Rückspülen von der Membran entfernt werden.Adsorbate layer, but can usually be removed from the membrane, for example, simply by backwashing.
In einer besonderem Ausgestaltung der Erfindung ist die zu behandelnde Lösung eine übersättigte Lösung, in der sich ein Lösungsgleichgewicht noch nicht eingestellt hat.In a special embodiment of the invention, the solution to be treated is a supersaturated solution in which a solution equilibrium has not yet been established.
Ein besonderes Einsatzgebiet der Membranfiltration gemäß der Erfindung ist in der Aufbereitung von Wässern für die Trinkwasserversorgung und insbesondere in der Sterilfiltration zu sehen.A particular area of application for membrane filtration according to the invention is in the treatment of water for drinking water supply and in particular in sterile filtration.
Neben der erfindungsgemäßen Behandlung der Lösung, kann das Ausfällen von in der zu filtrierenden Flüssigkeit enthaltenen Stoffen durch eine Vorbehandlung z.B. durch die Zugabe von Flockungsmitteln unterstützt werden. Auch das Flotieren von Stoffen mit anschließendem Abziehen desIn addition to the treatment of the solution according to the invention, the precipitation of substances contained in the liquid to be filtered can be pretreated e.g. are supported by the addition of flocculants. Floating substances with subsequent subtraction of the
Schaumes als Vorbehandlung wäre denkbar.Foam as a pretreatment would be conceivable.
Als besonders wirksam hat sich eine Kombination des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Sandfiltern herausgestellt. In einer besonderen Ausführuπgsform der Erfindung weist die Behandlungsvorrichtung und/oder Vorbehandlungsvorrichtung für die in der Membrananlage zu filtrierende Flüssigkeit Mittel zum Erzeugen von magnetischen und/oder elektrischen und/oder elektromagnetischen Feldern auf.A combination of the method according to the invention with sand filters has proven to be particularly effective. In a special embodiment of the invention, the treatment device and / or pretreatment device for the liquid to be filtered in the membrane system has means for generating magnetic and / or electrical and / or electromagnetic fields.
Die magnetischen Felder können in einer ersten Ausführungsvariante beispielsweise durch Permanentmagnete oder in einer alternativen Ausführungsform durch Elektromagnete erzeugt werden.In a first embodiment, the magnetic fields can be generated, for example, by permanent magnets or in an alternative embodiment by electromagnets.
In einer erweiterten Form der Erfindung wird die Behandlung mittels Magneten durch die Kombination mit klassischen Verfahren zur Vorbehandlung, wie z.B. Fällung, Flockung, Flotation, Tiefbettfiltration (wie z.B. Sandfilter) usw. ergänzt und verstärkt.In an expanded form of the invention, treatment by means of magnets is combined with classic pretreatment methods, such as Precipitation, flocculation, flotation, deep bed filtration (such as sand filters) etc. supplemented and strengthened.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand der Zeichnungen beispielhaft beschrieben werden. Es zeigen:The invention will be described below by way of example with reference to the drawings. Show it:
Fig. 1a: eine Priπzipansicht der Tangentialflußfiltration, wie sie beispielsweise in Membranfilteranlagen angewandt werden kannFig. 1a: a Priπzipansicht the tangential flow filtration, as it can be used for example in membrane filter systems
Fig. 1 b: eine Prinzipansicht der Membranfiltration ohne Überströmung der Membranoberfläche (Dead End Filtration)1 b: a schematic view of membrane filtration without overflow of the membrane surface (dead end filtration)
Fig. 2: eine stark vergrößerte Ansicht eines Membranfilters mit denFig. 2: a greatly enlarged view of a membrane filter with the
Porenkanälen und darauf adsorbierter Schicht, wobei die Anlage keine Vorbehandluπgseinrichtung bzw. Behandlungseinrichtung gemäß der Erfindung aufweist; Fig. 3: eine stark vergrößerte Ansicht eines Membranfilters mit denPore channels and layer adsorbed thereon, the system having no pretreatment device or treatment device according to the invention; 3: a greatly enlarged view of a membrane filter with the
Poreπkanälen und darauf adsorbierter Schicht, wobei die Anlage eine Behandlungseinrichtung gemäß der Erfindung aufweistPoreπkanäle and adsorbed layer, the system having a treatment device according to the invention
Fig. 4: das Energiediagramm der Kristallisation aus LösungFig. 4: the energy diagram of crystallization from solution
Fig. 5: eine schematische Ansicht einer Membranfiltrationsanlage.Fig. 5: a schematic view of a membrane filtration system.
In Fig.1a ist das Prinzip der Tangentialflußfiltration, wie sie auch in Membrananlagen mit keramischen Membranfiltern zum Einsatz gelangt dargestellt. Die Tangentialflußfiltration ist durch die Anwesenheit von zwei Volumenströmen gekennzeichnet, der Geschwindigkeit v1 des Filtrates senkrecht zur Membranoberfläche 1 , der sogenannten Perm eatg esc hwindigkeit und der Geschwindigkeit v2 tangential zu Membranoberfläche 1 , der sogenannten Überströmgeschwindigkeit. Der1a shows the principle of tangential flow filtration as it is also used in membrane systems with ceramic membrane filters. Tangential flow filtration is characterized by the presence of two volume flows, the speed v 1 of the filtrate perpendicular to the membrane surface 1, the so-called permeate esc speed, and the speed v 2 tangential to the membrane surface 1, the so-called overflow speed. The
Volumemstrom Q1 bestimmt die Filter- bzw. Permeatleistung und der Volumeπstromen Q2 das Überströmvolumen, das die Ablagerung von Stoffen auf der Membranoberfläche 1 durch tangentiales Spülen weitgehend verhindern soll.Volume flow Q 1 determines the filter or permeate performance and volume flow Q 2 the overflow volume, which is to largely prevent the deposition of substances on the membrane surface 1 by tangential rinsing.
Fig. 1 b erläutert symbolisch das Prinzip der Dead End Filtration, bei der keine tangentiale Überströmung der Membranoberfläche stattfindet, d.h. V2. ist Null.1 b symbolically explains the principle of dead end filtration, in which there is no tangential overflow of the membrane surface, ie V 2 . is zero.
In Fig. 2 ist ein Ausschπit einer Membraπfilterschicht 1 mit Poren 3 gezeigt. Deutlich zu erkennen sind die Adsorbatschichten 10, die sich auf dem2 shows a cut-out of a membrane filter layer 1 with pores 3. The adsorbate layers 10, which are on the
Filtermaterial 5 abscheiden. Grund hierfür sind die in der über Zuführung 12 zugeführten, zu filtrierenden Flüssigkeit enthaltenen gelösten Stoffe, beispielsweise Polykieselsäuren.Separate filter material 5. The reason for this is the dissolved substances, for example polysilicic acids, contained in the liquid to be filtered that is supplied via feed line 12.
Wie der Zeichnung zu entnehmen, können durch entsprechendes Wachstum die Adsobatschichten die Poren 3 des Membranmaterials 5 verschließen bzw. stark verengen. Mit steigender Adsorption sinkt daher die Permeatmenge Q1 ab und zwar beispielsweise bei wässrigen Lösungen von anfangs weit über 1000 l/m2h bis deutlich unter 200 l/m2h bei einer transmembranen Druckdifferenz von beispielsweise 1 - 8 bar. Eine Reinigung der Membran ist daher bereits nach kurzer Betriebsdauer notwendig, um eine hohe durchschnittliche Permeatleistung erzielen zu können..As can be seen in the drawing, the adsobate layers can close the pores 3 of the membrane material 5 or grow through appropriate growth. narrow sharply. With increasing adsorption, therefore, the permeate amount Q 1 drops, for example in aqueous solutions from initially well over 1000 l / m 2 h to well below 200 l / m 2 h with a transmembrane pressure difference of, for example, 1-8 bar. It is therefore necessary to clean the membrane after a short period of operation in order to achieve a high average permeate output.
Da die Adsorbatschichten mit dem Trägermaterial eine Bindung eingehen (vgl. hierzu bspw. P.W.Atkins "Physical Chemistry", Oxford Uπiversity Press, 1990 S. 884 ff.) ist insbesondere die Entfernung von chemisorbiertenSince the adsorbate layers form a bond with the carrier material (see, for example, P.W. Atkins "Physical Chemistry", Oxford University Press, 1990 pp. 884 ff.), The removal of chemisorbed is particularly important
Adsorbatschichten nur mit Hilfe einer chemischen Reinigung möglich. Während bei Calciumadsorbatschichten diese in der Regel ohne Zerstörung des Membranmaterials beispielsweise mit essigsaurer Lösung vorgenommen werden kann, stellen kieselsäurehaltige Adsorbatschichten ein Problem dar.Adsorbate layers only possible with the help of chemical cleaning. While with calcium adsorbate layers this can usually be done without destroying the membrane material, for example with acetic acid solution, silicic acid-containing adsorbate layers are a problem.
In Fig. 3 ist eine Membranfilteranlage mit der erfindungsgemäßen Behandlungseinrichtuπg 20 gezeigt. Die Behandlungsvorrichtung umfaßt in der dargestellten Ausführungsform eine Einrichtung 22 zur Erzeugung eines Magnetfeldes B in der Lösung. Das Magnetfeld B wird hier durch zwei an der Zuführleitung angebrachten Elektromagnete 24, 26 aufgebaut. Je nachFIG. 3 shows a membrane filter system with the treatment device 20 according to the invention. In the embodiment shown, the treatment device comprises a device 22 for generating a magnetic field B in the solution. The magnetic field B is built up here by two electromagnets 24, 26 attached to the feed line. Depending on
Stromführung am Elektromagneten können statische oder Wechsel-Felder aufgebaut werden.Static or alternating fields can be built up on the electromagnet.
Auch permanentmagπetische Ausführungen sind denkbar, wie beispielsweise aus "Panda 2000-Katalog des WWF vom Frühling & Sommer 1998, S.242" bekannt. Im Falle eines derartigen statischen Feldes sollte vorzugsweise bei hoher Überströmgeschwindigkeit des flüssigen Mediums gearbeitet werden. Bei Flüssigkeit mit niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten ist einem Wechselfeld der Vorzug zu geben. Wie in Fig. 3 zu erkennen wird durch das angelegte Magnetfeld das Ausfällen von Kristallen 28 aus der Lösung induziert.Permanent magnetic designs are also conceivable, as is known, for example, from "WWF Panda 2000 Catalog of Spring & Summer 1998, p.242". In the case of such a static field, work should preferably be carried out at a high overflow rate of the liquid medium. In the case of liquid with low flow velocities, an alternating field is preferred. As can be seen in FIG. 3, the precipitation of crystals 28 is induced by the applied magnetic field.
Die zu behandelnde Lösung mit den Kristallen 28 wird in der dargestellten Ausführungsform in eine weitere Stufe 30 der Vorbehandlung geführt, die zwar vorteilhaft, für die Erfindung aber keineswegs zwingend ist. Die weitere Stufe 30 ist beispielsweise ein Tiefbettfilter umfassend beispielsweise Sandpartikel 32. Anstelle einer sequentiellen Hintereinanderschaltung der beiden Behandlungsstufen wäre auch eine integrierte Vorbehaπdlungsstufe aus Sandfilter mit daran angeordneten Magneten denkbar.In the embodiment shown, the solution to be treated with the crystals 28 is passed into a further stage 30 of the pretreatment, which is advantageous but is in no way imperative for the invention. The further stage 30 is, for example, a deep bed filter comprising, for example, sand particles 32. Instead of sequentially connecting the two treatment stages in series, an integrated pretreatment stage consisting of a sand filter with magnets arranged thereon would also be conceivable.
Kristalle 28 werden von der Membran zurückgehalten. Im Gegensatz zu den Adsorbatschichten bilden derartige Ablagerungen aber keine chemische Bindung mit dem Trägermaterial 5 aus, so daß eine einfache Reinigung des Membranfilters beispielsweise mittels einer Rückspülung möglich ist.Crystals 28 are retained by the membrane. In contrast to the adsorbate layers, such deposits do not form a chemical bond with the carrier material 5, so that the membrane filter can be easily cleaned, for example by means of backwashing.
Eine Erklärung für das Ausfällen der gelösten Stoffe durch die erfindungsgemäße Vorbehandlung gibt Fig.4. Zwar ist bspw. der Zustand für einen lonenkristall energetisch günstiger als der in Lösung befindlicher Ionen, jedoch muß für die Kristallbildung eine Aktivierungsenergie, die unter anderem wegen des Aufbrechens der Solvat- bzw. Hydrathülle resultiert, überwunden werden. Diese Aktivierungsenergie kann durch das Anlegen von elektrischen bzw. magnetischen Feldern erheblich reduziert werden, was die Kristallbildung und damit die Ausfällung der in der Lösung enthaltenen Stoffe stark begünstigt und beschleunigt.An explanation for the precipitation of the dissolved substances by the pretreatment according to the invention is given in FIG. 4. For example, the state of an ion crystal is more favorable in terms of energy than that of ions in solution, but an activation energy which results, inter alia, due to the breaking of the solvate or hydration shell has to be overcome for crystal formation. This activation energy can be considerably reduced by applying electrical or magnetic fields, which greatly promotes and accelerates the crystal formation and thus the precipitation of the substances contained in the solution.
Fig. 5 zeigt eine Membrananlage 90 gemäß der Erfindung, umfassend die Behandlungseinrichtuπg 100 sowie optional eine Vorbehandlungsanlage 101. Die Behandlungseinrichtung 100 umfaßt eine Membranfiltereinrichtung 102, eine erste Pumpe 104 sowie eine zweite Pumpe 106. Die erste Pumpe 104 weist eine hohe Förderleistung auf und stellt nur geringe Druckdifferenzen zur Verfügung, da sie lediglich dazu dient, ein Überströmen der zu behandelnden Flüssigkeit über die Membran der Membranfiltereinrichtung sicherzustellen.5 shows a membrane system 90 according to the invention, comprising the treatment device 100 and optionally a pretreatment system 101. The treatment device 100 comprises a membrane filter device 102, a first pump 104 and a second pump 106. The first pump 104 has a high delivery rate and provides only slight pressure differences to Available, since it only serves to ensure an overflow of the liquid to be treated over the membrane of the membrane filter device.
Die Pumpe 106 hingegen dient dem Aufbau der transmembraπen Druckdifferenz. Für Filtrationsverfahren, bei denen kein Überströmen notwendig ist, z.B. bei der Reinigung von nur wenig belasteten Wässern, wird die Pumpe 104 aus Energiespargründen stillgesetzt.The pump 106, on the other hand, serves to build up the transmembrane pressure difference. For filtration processes in which no overflow is necessary, e.g. when cleaning only slightly polluted water, the pump 104 is stopped for reasons of energy saving.
Die zu filtrierende Flüssigkeit kann in einer oder mehreren Einrichtungen einer Vorbehandlung unterzogen werden. Dies geschieht beispielsweise in derThe liquid to be filtered can be pretreated in one or more facilities. This happens for example in the
Vorbehandlungsanlage 101 , die in dem dargestellten Fall insgesamt drei Vorbehandlungseinrichtungen 108, 110 und 112 umfaßt, wobei in der ersten Vorbehandlungseinrichtung 108 eine Fällung, in der zweiten Vorbehandlungseinrichtung 110 eine Ausflockung vorgenommen werden kann, sowie die dritte Vorbehandlungseinrichtung 112 ein Sandfilter darstellt.Pretreatment system 101, which in the case shown comprises a total of three pretreatment devices 108, 110 and 112, a precipitation in the first pretreatment device 108, a flocculation in the second pretreatment device 110, and the third pretreatment device 112 a sand filter.
Die zu filtrierende Flüssigkeit wird über Leitung 114 der Vorbehandlungsanlage 101 zugeführt und gelangt über Leitung 116 in die Behandlungseinrichtung 100. In der Behandlungseinrichtung 100 wird das filtrierte Permeat nach Durchgang durch den Filter über Leitung 118 abgezogen, das Konzentrat über Leitung 120 aus der Anlage herausgeführt.The liquid to be filtered is fed to the pretreatment system 101 via line 114 and reaches the treatment device 100 via line 116. In the treatment device 100, after passing through the filter, the filtered permeate is drawn off via line 118 and the concentrate is led out of the system via line 120.
Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Erzeugung magnetischer, elektrischer oder elektromagnetischer Felder kann in der dargestellten Membranfilteranlage an den verschiedensten Stellen angeordnet sein, beispielsweise wäre eine Anordnung vor jeder der einzelnen Vorbehandlungseinrichtungen oder zwischen diesen möglich, wie mit den Bezugsziffern 122, 124, 126 und 128 gekennzeichnet.The device according to the invention for generating magnetic, electrical or electromagnetic fields can be arranged in a wide variety of locations in the membrane filter system shown, for example an arrangement in front of each of the individual pretreatment devices or between them would be possible, as indicated by the reference numbers 122, 124, 126 and 128.
In einer alternativen Ausführungsform kann die erfindungsgemäße Vorrichtung in eine der Vorbehandlungseinrichtungen 108, beispielsweise den Sandfilter, integriert sein, siehe Bezugsziffer 123. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, daß die Vorbehandlungseiπrichtung 108 mit magnetischem Material beschickt wird oder aus magnetischem Material besteht.In an alternative embodiment, the device according to the invention can be placed in one of the pretreatment devices 108, for example the sand filter, be integrated, see reference number 123. This can be realized, for example, by charging the pretreatment device 108 with magnetic material or consisting of magnetic material.
Neben einer Anordnung der erfindungsgemäßen Einrichtung im Bereich derIn addition to an arrangement of the device according to the invention in the area of
Vorbehandlungsanlage 101 wäre auch eine Anordnung im Bereich der Behandlungseinrichtung 100 selbst möglich. So könnte die erfindungsgemäße Einrichtung zwischen Pumpe 106 und 104 angeordnet sein, direkt vor der Membranfiltereiπrichtung 102 oder im Bereich der Membranfiltereinrichtung selbst sowie in der Rücklaufleitung 129 der Membranfiltereinrichtung 102. DiePretreatment system 101 would also be possible to arrange in the area of treatment device 100 itself. Thus, the device according to the invention could be arranged between pumps 106 and 104, directly in front of the membrane filter device 102 or in the area of the membrane filter device itself and in the return line 129 of the membrane filter device 102
Positionen der erfindungsgemäßen Einrichtung im Bereich der Behandlungseinrichtung 100 sind mit den Bezugsziffern 130, 132, 134, 136 sowie 138 gekennzeichnet.Positions of the device according to the invention in the area of the treatment device 100 are identified by the reference numerals 130, 132, 134, 136 and 138.
Auch eine Integration in beispielsweise die Membranfiltereinrichtung wäre denkbar.Integration into, for example, the membrane filter device would also be conceivable.
Im Bereich ruhender Strömung, d.h. beispielsweise bei abgeschalteter Pumpe 104, finden bevorzugt als Einrichtungen zum Erzeugen der magnetischen, elektrischen bzw. elektromagnetischen Felder WechselfeldeinrichtungenIn the area of static flow, i.e. For example, when the pump 104 is switched off, alternating field devices are preferably found as devices for generating the magnetic, electrical or electromagnetic fields
Verwendung, wohingegen im Bereich hoher Strömungsgeschwindigkeiten, beispielsweise in der Vorbehandlungseinrichtung 102, auch statische Felder in Form beispielsweise von Permanentmagneten zur Anwendung gelangen können bzw. eine Kombination aus statischen Feldern und Wechselfeldern.Use, whereas in the area of high flow velocities, for example in the pretreatment device 102, static fields in the form of permanent magnets, for example, or a combination of static fields and alternating fields can also be used.
Die Feldstärken der erfindungsgemäß erzeugten magnetischen, elektrischen und/oder elektromagnetischen Felder liegt bei den magnetischen Feldern um ein Vielfaches über dem des Erdmagnetfeldes. The field strengths of the magnetic, electrical and / or electromagnetic fields generated according to the invention in the magnetic fields is many times higher than that of the earth's magnetic field.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Behandlung und/oder Vorbehandlung von mittels einer Membranfiltereiπrichtung zu filtrierenden Flüssigkeiten, insbesondere wasserhaltigen Lösungen, Emulsionen, Suspensionen umfassend die folgenden Schritte: 1.1. Zuführen von zu filtrierenden Flüssigkeiten zu einer1. Process for the treatment and / or pretreatment of liquids to be filtered by means of a membrane filter device, in particular water-containing solutions, emulsions, suspensions, comprising the following steps: 1.1. Feeding liquids to be filtered to a
Behandlungseinrichtung und/oder Vorbehandlungseinrichtung und/oder Filtereiπrichtung; 1.2. Anlegen von magnetischen und/oder elektromagnetischen Feldern in einer Behandlungseinrichtung und/oder Vorbehandlungseinrichtung und/oder Filtereinrichtung derart, daß die mit der Membran zu filtrierenden Flüssigkeiten diesen Feldern ausgesetzt waren bzw. sind; 1.3. Abführen der behandelten Flüssigkeiten aus der Behandlungseinrichtung, Vorbehandlungseinrichtung oderTreatment device and / or pretreatment device and / or filter device; 1.2. Applying magnetic and / or electromagnetic fields in a treatment device and / or pretreatment device and / or filter device in such a way that the liquids to be filtered with the membrane were or are exposed to these fields; 1.3. Removing the treated liquids from the treatment device, pre-treatment device or
Filtereinrichtung.Filter device.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen und/oder elektromagnetischen Felder derartige Feldeigenschaften, wie Stärke, Gradient, Wechselfrequenz aufweisen, daß die Aktivierungsenergie zur Bildung von Kristallisationskeimen von in den zu filtrierenden Flüssigkeiten vor der Behandlung enthaltenen gelösten Stoffen wie Ionen, Molekülen, Molekülaggregaten erniedrigt wird, so daß derartige Stoffe aus der Flüssigkeit ausfallen.2. The method according to claim 1, characterized in that the magnetic and / or electromagnetic fields have such field properties, such as strength, gradient, alternating frequency, that the activation energy for the formation of nuclei of solutes contained in the liquids to be filtered prior to treatment such as ions , Molecules, molecular aggregates is lowered so that such substances precipitate out of the liquid.
Verfahren zur Behandlung und/oder Vorbehandlung von mittels einer Membranfiltereinrichtung zu filtrierenden Flüssigkeiten, insbesondere wasserhaltigen Lösungen, Emulsionen, Suspensionen umfassend die folgenden Schritte: Process for the treatment and / or pretreatment of liquids to be filtered by means of a membrane filter device, in particular water-containing solutions, emulsions, suspensions, comprising the following steps:
3.1 Zuführen von zu filtrierenden Flüssigkeiten zu einer Behandlungseinrichtung und/oder Vorbehandlungseinrichtung und/oder Filtereinrichtung;3.1 supplying liquids to be filtered to a treatment device and / or pretreatment device and / or filter device;
3.2 Anlegen von elektrischen Feldern in einer Behandlungseinrichtung und/oder Vorbehandlungseinrichtung und/oder Filtereinrichtung derart, daß die mit der Membran zu filtrierenden Flüssigkeiten diesen Feldern ausgesetzt waren bzw. sind;3.2 application of electrical fields in a treatment device and / or pretreatment device and / or filter device in such a way that the liquids to be filtered with the membrane were or are exposed to these fields;
3.3 Abführen der behandelten Flüssigkeiten aus der Behandlungseinrichtung, Vorbehandlungseinrichtung oder Filtereinrichtung; das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Felder derartige Feldeigenschafteπ, wie Stärke, Gradient, Wechselfrequenz aufweisen, daß die Aktivierungsenergie zur Bildung von Kristallisationskeimen von in den zu filtrierenden Flüssigkeiten vor der Behandlung enthaltenen gelösten Stoffen wie3.3 discharge of the treated liquids from the treatment device, pre-treatment device or filter device; the method is characterized in that the electric fields have such field properties, such as strength, gradient, alternating frequency, that the activation energy for the formation of nuclei of solutes contained in the liquids to be filtered before the treatment, such as
Ionen, Molekülen, Molekülaggregaten erniedrigt wird, so daß derartige Stoffe aus der Flüssigkeit ausfallen.Ions, molecules, molecular aggregates is lowered so that such substances precipitate out of the liquid.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß neben den elektrischen Feldern auch magnetische und/oder elektromagnetische Felder angelegt werden.4. The method according to claim 3, characterized in that magnetic and / or electromagnetic fields are applied in addition to the electrical fields.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zu behandelnde Flüssigkeit eine übersättigte Lösung ist.5. The method according to any one of claims 1-4, characterized in that the liquid to be treated is a supersaturated solution.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen und/oder magnetischen Felder statische Felder sind.6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the electrical and / or magnetic fields are static fields.
7. Verfahren nach Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die magnetischen und/oder elektrischen und/oder elektromagnetischen Felder Wechselfelder sind.7. The method according to claims 1 to 6, characterized in that the magnetic and / or electrical and / or electromagnetic fields are alternating fields.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranfiltereinrichtung der Sterilfiltration, insbesondere der Abtrennung von Bakterien, Sporen und/oder Miktroorganismen und/oder Viren dient.8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the membrane filter device of sterile filtration, in particular the separation of bacteria, spores and / or microorganisms and / or viruses is used.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Vorbehandlungseinrichtung die gelösten Stoffe, wie Ionen, Moleküle, Molekülaggregate mittels von Fällungsmitteln und/oder Flockungssubstanzen ausgefällt bzw. ausgeflockt werden.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that in a pretreatment device, the solutes, such as ions, molecules, molecular aggregates are precipitated or flocculated by means of precipitants and / or flocculants.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zu filtrierenden Flüssigkeiten in der Vorbehandlungseinrichtung über eine große Oberfläche, bspw. aus Sand geführt werden.10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the liquids to be filtered in the pretreatment device over a large surface, for example made of sand.
11. Membrananlage (90) mit einer Zuführungseinrichtung (114) zum Zuführen von zu filtrierenden11. membrane system (90) with a feed device (114) for feeding to be filtered
Flüssigkeiten mindestens einer Membranfiltereinrichtung (102), mindestens einer Einrichtung zum Abführen des Filtrates (118), dadurch gekennzeichnet, daß die Membrananlage (90) mindestens eine Einrichtung (22) zumLiquids of at least one membrane filter device (102), at least one device for removing the filtrate (118), characterized in that the membrane system (90) has at least one device (22) for
Erzeugen von magnetischen und/oder elektromagnetischen Feldern in der zu behandelnden Flüssigkeit umfaßt. Generating magnetic and / or electromagnetic fields in the liquid to be treated includes.
12. Membrananlage gemäß Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die von der Einrichtung (22) erzeugten magnetischen und/oder elektromagnetischen Felder derartige Feldeigenschaften, wie Stärke, Gradient, Wechselfrequenz aufweisen, daß die Aktivieruπgsenergie zur Bildung von Kristallisationskeimen von in den zu filternden12. Membrane system according to claim 11, characterized in that the magnetic and / or electromagnetic fields generated by the device (22) have such field properties as strength, gradient, alternating frequency that the activating energy for the formation of crystallization nuclei from to be filtered
Flüssigkeiten enthaltenen gelösten Stoffen wie Ionen, Molekülen, Molekühlaggregateπ erniedrigt wird, so daß derartige Stoffe aus der Flüssigkeit ausfallen.Liquids containing liquids such as ions, molecules, molecule aggregates is lowered so that such substances precipitate out of the liquid.
13. Membrananlage (90) mit einer Zuführungseinrichtung (114) zum Zuführen von zu filtrierenden13. membrane system (90) with a feed device (114) for feeding to be filtered
Flüssigkeiten, mindestens einer Membranfiltereinrichtung (102), mindestens einer Einrichtung zum Abführen des Filtrates (118), wobei die Membrananlage (90) mindestens eine Einrichtung (22) zumLiquids, at least one membrane filter device (102), at least one device for removing the filtrate (118), the membrane system (90) at least one device (22) for
Erzeugen von elektrischen Feldern in der zu behandelnden Flüssigkeit umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Einrichtung (22) erzeugten elektrischen Felder derartigeGenerating electrical fields in the liquid to be treated, characterized in that the electrical fields generated by the device (22) are such
Feldeigenschaften wie Stärke, Gradient, Wechselfrequenz aufweisen, daß die Aktivierungsenergie zur Bildung von Kristallisationskeimen von in den zu filternden Flüssigkeiten enthaltenen gelösten Stoffen wie Ionen, Molekülen, Molekülaggregaten erniedrigt wird, so daß derartige Stoffen aus der Flüssigkeit ausfallen.Field properties such as strength, gradient, alternating frequency have that the activation energy for the formation of crystallization nuclei of dissolved substances contained in the liquids to be filtered such as ions, molecules, molecular aggregates is reduced, so that such substances precipitate out of the liquid.
14. Membrananlage gemäß Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrananlage desweiteren Einrichtungen zum Erzeugen von magnetischen und/oder elektromagnetischen Feldern umfaßt.14. Membrane system according to claim 13, characterized in that the membrane system further comprises devices for generating magnetic and / or electromagnetic fields.
15. Membrananlage gemäß einem der Ansprüche 11 - 14, dadurch gekenπzeichntet, daß die Einrichtung zum Erzeugen von magnetischen und/oder elektrischen und/oder elektromagnetischen Feldern Permanentmagnete und/oder Elektromagnete umfaßt.15. membrane system according to one of claims 11 - 14, characterized gekenπzeichntet that the device for generating magnetic and / or electrical and / or electromagnetic fields comprises permanent magnets and / or electromagnets.
16. Membrananlage gemäß einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrananlage (90) mindestens eine Vorbehaπdlungseinrichtuπg (108, 110, 112) umfaßt.16. Membrane system according to one of claims 11 to 15, characterized in that the membrane system (90) comprises at least one Vorbehaπdlungseinrichtuπg (108, 110, 112).
17. Membrananlage gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorbehandluπgseinrichtung Mittel zum Zuführen von Flockungsmittel umfaßt.17. A membrane system according to claim 16, characterized in that the pretreatment device comprises means for supplying flocculant.
18. Membrananlage gemäß einem der Ansprüche 16 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorbehandlungseinrichtuπg ein Tiefbettfilter (32) mit großer Oberfläche umfaßt. 18. Membrane system according to one of claims 16 to 17, characterized in that the pretreatment device comprises a deep bed filter (32) with a large surface area.
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