WO2008028626A1 - Filtrationssystem mit belüftungssystem - Google Patents

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WO2008028626A1
WO2008028626A1 PCT/EP2007/007707 EP2007007707W WO2008028626A1 WO 2008028626 A1 WO2008028626 A1 WO 2008028626A1 EP 2007007707 W EP2007007707 W EP 2007007707W WO 2008028626 A1 WO2008028626 A1 WO 2008028626A1
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WO
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ventilation
tube
filtration system
medium
membrane
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Application number
PCT/EP2007/007707
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English (en)
French (fr)
Inventor
Richard HÄUSSERMANN
Manfred Radtke
Original Assignee
Berghof Filtrations- Und Anlagentechnik Gmbh & Co. Kg
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Publication date
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    • C02F1/444—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis by ultrafiltration or microfiltration

Definitions

  • the invention relates to a filtration system with
  • Ventilation system and a filtration process for this purpose, the filtration system with ventilation system for venting a ventilation module and for filtering media on a filter module with tube membranes, wherein a tube membrane has a tube membrane inlet opening and a tube membrane outlet opening at the ends of the tube membrane.
  • the filtration is carried out with tube modules, with which a pressure-driven separation process, which separates solutions and dispersions by physical means in a concentrate and a filtrate, is performed.
  • the filter medium in the filter module is constructed as a tube with an outer strongly permeable support tube for the mechanical stability and an inner membrane layer which has the separation properties.
  • several tube membranes are combined in a tube module as a bundle. The tube membranes are arranged in parallel in this module.
  • Such pipe modules are usually operated with a cross-flow or tangential-flow filtration.
  • the solution to be separated flows parallel through the tube membranes. Part of the medium to be filtered happens across the
  • soluble inorganic or low molecular weight organic substances pass through the membrane layer together with the filtrate, while emulsified substances, larger macromolecules and insoluble substances are retained in the form of particles from the membrane layer of the tube membranes.
  • the residual medium remaining in the tube membranes removes the retained ingredients as retentate from the tube module. The retentate is circulated again and again through the tube module until the desired enrichment of the retained ingredients in the residual medium is achieved.
  • the cross-flow technique allows a long filtration time with only a small decrease in permeate performance.
  • the retained particles on the filter medium accumulate to a point where the liquid can not penetrate the filter.
  • the filtration performance decreases with increasing cover layer more and more.
  • the cover layer should be kept as low as possible.
  • the permanent overflow of the membrane surface in the cross-flow filtration the particles are washed from the membrane surface back into the main flow and thus reduces the top layer. For this shear forces on the membrane surface are necessary, partly due to high
  • Flow rate and associated turbulent flow in the tube membranes can be achieved conventionally.
  • a disadvantage of such systems is the required high flow rate to maintain a turbulent flow, which has a high relative energy consumption disadvantageous result.
  • EP 0 659 694 Pl a membrane bioreactor with a gas release system is known.
  • the gas release system injects into the tube membranes via nozzles, which are associated with individual Rohrmembraneiniauf ⁇ réelleen, or via pipe sections with permeable walls finely distributed air bubbles in the tube membranes.
  • a disadvantage of the known bioreactor is that in some cases only one third of the effective membrane layer in the tube membrane of settling particles can be kept free, especially by the introduction of air through porous pipe ends or via a spray nozzle ventilation module while uniformly distributed air bubbles, but for the slug-flow effect ineffective small finely distributed air bubbles are introduced into the tube membrane inlet openings.
  • the object of the invention is to provide a filtration system with ventilation system, which is an energy-saving separation of emulsified substances, larger macromolecules and insoluble substances in a filter module with tubular membranes separates more effectively than before from the filtrate and ensures a high long-term permeate performance of the filtration system.
  • a filtration system with aeration system and a filtration process using the filtration system are provided.
  • Filtration system for filtering media has a filter module with tube membranes comprising a tube membrane inlet opening and a tube membrane outlet opening.
  • the filtration system has a ventilation module with ventilation tubes, which have at least one air inlet opening and one medium outlet opening.
  • the venting module provides for each tube membrane inlet opening a media outlet port of a single vent tube, wherein the single vent tube is dimensioned to emit at least air bubbles that are matched to a tube membrane cross-section into the tube membrane.
  • the tube membrane inlet opening is arranged above the media outlet opening of the individual ventilation tube.
  • Such a filtration system with ventilation system has the advantage that the full length of the membrane tube is supplied with sufficiently large air bubbles, so that arranged on the entire length of the membrane tube, a deposition of solids on the membrane tube
  • Membrane layer is hindered because each of the adapted to the diameter of the membrane tube air bubbles on the one hand already at a moderate flow rate of average 0.5 to 2 m / s a significant
  • the arrangement and number of tube membranes of the filter module preferably corresponds to the arrangement and number of ventilation tubes.
  • the medium outlet opening of a ventilation tube may be smaller than or equal to the diameter of the tube membrane inlet opening.
  • a smaller pipe diameter for the ventilation pipes with respect to the diameter of the pipe membranes is selected when the ventilation pipe only and air leads, which then at the transition from the ventilation pipe to
  • Tube membrane delivers air bubbles into the inlet opening of the tube membrane.
  • the ventilation pipes are connected with their air inlet openings to a compressed air line and housed in a housing having a lateral media inlet opening, so that the bundle of ventilation tubes is indeed surrounded by the medium to be filtered, but is still separated. Only in the transition region of the ventilation tubes to the tube membranes are formed according to the diameter of the tube membrane adapted air bubbles that are emitted from the air-bearing ventilation tube.
  • the filter module and the ventilation module are aligned with their tubes in such a way that the ventilation tubes of the ventilation module are arranged concentrically to the tube membranes of the filter module.
  • the media outlet opening of the air-conducting pipe has a slit membrane which is arranged such that it
  • Air bubbles from the air-carrying vent tube releases, provided that a corresponding air pressure prevails in the ventilation tube and closes the slot of the membrane in the absence of air pressure, so that the medium to be filtered and surrounding medium does not penetrate into the ventilation tube.
  • the media outlet opening of the vent tube is formed by a piece of tubing which is striped over the vent tube end and has a media outlet opening in the jacket of the vent tube
  • Ventilation tubes surrounding to be filtered medium can penetrate into the ventilation tube.
  • this valve function can be achieved by other valve designs for each the ventilation pipes are formed or be ensured by a check valve in the compressed air supply of the ventilation module.
  • the ventilation pipes already carry the medium to be filtered and each have an air inlet opening on the jacket surface. This air inlet opening is surrounded by a secured against media entry air supply space, so that air penetrates through the air inlet opening in the jacket of the ventilation pipes in the guided into the ventilation pipes medium to be filtered, wherein the
  • Air inlet opening is dimensioned such that form in the medium in the ventilation tubes air bubbles, which correspond to the diameter of the membrane tubes.
  • the ventilation pipes have approximately a diameter which corresponds to the pipe membranes, so that the size of the media outlet opening of the ventilation pipes is adapted to the size of the pipe membrane inlet opening of the filter module and the media outlet opening emits a mixture of air bubbles and medium to be filtered into the pipe membranes.
  • the ventilation tubes of the ventilation module are arranged coaxially to the tube membranes of the filter module to ensure that the air bubbles formed in the ventilation tubes can rise in the tube membranes.
  • the ventilation module and the filter module housing which are arranged vertically one above the other.
  • the tube membrane has an outer permeable support tube and an inner membrane layer, the emulsified substances, macromolecules and / or insoluble substances in the medium to be filtered Retains in the tube membrane interior as a retentate, while the filtered medium accumulates as filtrate outside the tube membrane.
  • tube membranes and vent membranes are arranged and bundled in parallel.
  • the bundled ventilation tubes are aligned with their stipulateauslassö réelleen on the tube membrane inlet openings of a bundle of tube membranes, wherein the air inlet openings are arranged on a medium outlet openings opposite the ventilation tube or on a lateral surface of the ventilation tubes.
  • the air inlet openings of the ventilation tubes of the ventilation module are sealed off from the medium to be filtered and connected to each other by an air supply space.
  • This air supply space is arranged in the jacket portion of the ventilation pipes when the air supply openings are arranged in the jacket area of the ventilation pipes, and is arranged at the feed end of the ventilation pipes when the air inlet openings are formed by the ends of the ventilation pipes.
  • the ventilation module a media inlet for the medium to be filtered and an air inlet for the
  • the ventilation module downstream of the air inlet and in front of the air inlet openings of the ventilation pipes on a porous air-permeable plate.
  • This plate has the advantage that the air, which reaches the air inlet openings with different inflow velocity, if no porous plate is provided, this
  • Velocity distribution through the porous air-permeable plate is made uniform.
  • an air-permeable membrane may be provided for the ventilation module downstream of the air inlet and in front of the air inlet openings of the ventilation tubes.
  • An air-permeable membrane has the advantage that it can act as a check valve and thus impedes backflow of medium to be filtered, even without outlet valves at the ventilation tube ends, so that the air is transmitted only in one direction, namely in the direction of the ventilation tubes.
  • the filter module preferably has an inlet opening for a mixture of air bubbles and medium to be filtered and a first outlet opening for the filtrate and a second
  • Flow rates in the tube membranes manages and yet provides a high long-term permeability, can be pumped to increase the throughput, the filtrate by means of a vacuum pump which is connected downstream of the first outlet to the filter module.
  • a circulation pump is preferably provided upstream of the media inlet.
  • This circulation pump should ensure that a mean flow rate of 0.5 m / s is maintained to 2 meters per second, which is lower than the flow velocities prescribed in the prior art by a factor of 4 to 8.
  • a collection and return tank for a mixture of residual medium and retentate is provided in the filtration system. In this case, the retentate accumulates in the collection and return tank up to a designated density.
  • Filtration system also be arranged in a collection and return tank for a mixture of residual medium and retentate. In this case can be dispensed with appropriately sized supply lines to the filtration system. Thus, only an air supply via a pressure line to the
  • Ventilation module necessary and a derivative of the filtrate from the collection area of the filter module required. Once the desired accumulation of retentate has been achieved, either the filtration system can be switched off or removed from the collection and return tank.
  • a method for producing a filtration system according to the invention with ventilation system has the following manufacturing steps. First, a suitable housing is provided for both a filter module and a ventilation module. Then, a number of ventilation pipes are installed in the housing of the ventilation module, which correspond to the number of pipe membranes in the filter module. The media outlet openings of the ventilation pipes are geometrically exact on the
  • the air supply chamber of the ventilation module is to seal against the liquid space of the filter module, so that the air can only reach the medium to be filtered via the ventilation pipes or their media outlet openings.
  • the ventilation module is connected directly to the
  • the ventilation system is aligned so that the individual ventilation pipes are each concentric with a pipe membrane.
  • the ventilation pipes are dimensioned in their length so that they end immediately in front of the media inlet openings of the tube membranes. This ensures in an advantageous manner that the air is emitted from the ventilation tubes in each case only in a tube membrane as an air bubble.
  • the liquid flows in free space between the ventilation pipes in the pipe module.
  • the ventilation pipes are sized so that sufficiently large bubbles for the so-called slug-flow effect can arise and at the same time sufficient space remains for the lowest possible flow resistance of the medium to be filtered.
  • All the ventilation pipes are arranged so that they can be supplied with air via a common pipe.
  • an air supply space is provided on the inlet side of the ventilation pipes. Due to a tight manufacturing tolerance, a uniform distribution of air is already achieved on all ventilation pipes. In addition, the distribution can still be improved by the ventilation pipes are flowed over a defined basic flow resistance. This basic resistance is achieved in that in the
  • Air supply space such as a microporous plate is mounted immediately in front of the ventilation pipes so that each ventilation pipe over a defined porous cross-section is flown.
  • a perforated elastomeric membrane instead of the porous plate.
  • Each venting tube is assigned a defined number of perforations of the elastomeric membrane.
  • Non-return effect can be achieved, so that no liquid flows into the air supply chamber when the air supply.
  • Ventilation system are fixed in a ventilation module individual ventilation pipes.
  • a number of ventilation tubes is mounted, which corresponds to the number of tube membranes in the filter module.
  • the ventilation pipes are arranged geometrically exactly the same as the pipe membranes in the filter module.
  • care is taken that the inner diameter of the ventilation tubes corresponds approximately to the inner diameter of the tube membranes.
  • the air supply chamber is in turn sealed against the liquid space, so that the air can only pass through air inlet openings on the lateral surfaces of the ventilation pipes in the liquid to be filtered.
  • the ventilation system in the form of a ventilation module is connected directly to the inlet side of the tube membrane module directly to the filter module.
  • the ventilation system is aligned so that the individual ventilation pipes are each concentric with a pipe membrane.
  • the ventilation pipes are fixed so that the gap between ventilation pipes and pipe membranes is minimized.
  • This production of the ventilation system ensures that air bubbles out a ventilation tube are emitted in each case in only one tube membrane.
  • the liquid to be filtered flows through the ventilation tubes to the filter module, wherein the air is supplied from the outside via the air inlet openings on the coats of the ventilation tubes.
  • the hole for the air inlet opening in the lateral surfaces of the ventilation pipes is dimensioned so that sufficiently large air bubbles for the so-called slug flow effect in the ventilation pipes arise.
  • All ventilation pipes are supplied with air via the air inlet openings arranged on the lateral surfaces via a common pipe. The distribution of the air to the ventilation pipes via a sealed space between the ends of the ventilation pipes.
  • a filtration process using the filtration system with aeration system has the following process steps. First, a medium to be filtered in the circulation process of a collection and return tank under constant pressure and
  • Flow monitoring via a ventilation module and a filter module led back to the collection and return tank until a predetermined enrichment of the filtered medium is achieved with a retentate in the collecting and return tank.
  • air bubbles of the ventilation module are introduced into tube membranes of the filter module.
  • the medium to be filtered is separated by means of tubular membranes into a filtrate and a retentate with residual medium. After the separation process, the filtrate is removed and enrichment of the medium with retentate in the collection and return tank is achieved.
  • This method has the advantage that its size sufficiently adapted to the pipe membrane cross-section Air bubbles are generated with the ventilation module, which cause a so-called Slug- flow effect over the entire length of the tube membranes, in which each bubble of suitable size causes a wake behind when flowing through the tube membranes, which ensures that no retentate on a deposited on the tube membrane membrane layer deposited. This ensures a long-lasting high permeability of the tube membranes in the filter module.
  • air bubbles are generated in a ventilation module and emitted into tube membrane inlet openings whose diameter corresponds to the diameter of the tube membranes and whose length is three to five times the diameter of the tube.
  • the relative flow velocity in the gap between the bubble and the inner wall of the tube membrane is significantly higher than the average flow velocity through the tube membrane.
  • shear forces are exerted on settling substances on the membrane layer and so it is ensured that they are entrained by the filter module as it flows through the air bubbles.
  • removal of attached retentate on the membrane layer of the inner wall of the tube membranes is effected by a rinsing liquid, which is guided in the opposite flow direction through the filter module and fed to the collecting and reflux container.
  • Figure 1 shows a schematic cross section through a
  • FIG. 2 shows a schematic perspective view of the filtration system according to FIG. 1;
  • Figure 3 shows a schematic plan view of the
  • Figure 4 shows a schematic cross section through a
  • FIG. 5 shows a schematic perspective view of the filtration system according to FIG. 4;
  • Figure 6 shows a schematic plan view of the
  • Figure 7 shows a schematic diagram of a filtration system in cooperation with a separate collection
  • Figure 8 shows a schematic diagram of a filtration system in a collection and return tank.
  • FIG 1 shows a schematic cross section through a filtration system 1 with ventilation system 3 of a first embodiment of the invention. This points to that
  • Filtration system 1 two vertically stacked modules on.
  • a ventilation module 8 is arranged below a filter module 4, wherein the filter module 4 with his lower flange 25 is connected via a sealing element 27 with an upper flange 26 of the ventilation module 8 media-tight.
  • the filter module 4 comprises a tubular housing 13 in which a bundle of tube membranes 5 is arranged, which have a tube membrane inlet opening 6 and a tube membrane outlet opening 7 at their ends.
  • the medium to be filtered flows, which is supplied via a media inlet 18 of the ventilation module 8 to the filtration system 1 in the direction of arrow B.
  • the tube membranes 5 are surrounded by a potting compound 29 of the filter module 4 in the region of the tube membrane inlet openings 6 in order to seal the collecting region 37 for the filtrate outside the tube membranes 5 with respect to the medium to be filtered ,
  • the filtrate can be removed from the collecting space 37 via a first outlet opening 22 of the filter module 4.
  • the tube membranes 5 have a permeable support tube for filtration, which is provided in its tube membrane interior 15 with a membrane layer, so that in the medium to be filtered dissolved inorganic and low molecular weight substances can pass the membrane layer transverse to the flow direction of the medium to be filtered, while emulsified substances, larger macromolecules and insoluble substances such as solid particles are retained by the membrane layer and are led out with a residual medium to be filtered in the direction of arrow A from the filter module via a second outlet opening 23 of the filter module 4.
  • the ventilation system 3 has a ventilation module 8, which, on the one hand, is arranged laterally on the module housing 14 Media inlet 18 and on the other hand in the lower region an air supply chamber 17 having an air inlet 19 through which in the direction of arrow C air in air inlet openings 11 of ventilation tubes 10 can be inserted.
  • the ventilation tubes 10 are surrounded in the ventilation module 8 by a medium to be filtered, which is separated by a sealing compound 28, which surrounds the air inlet openings 11 of the ventilation tubes 10, media-tight.
  • the number and arrangement of the ventilation tubes 10 of the ventilation module 8 corresponds exactly to the number and arrangement of the tube membranes 5 of the
  • vent tubes 10 are aligned so that their Ruleauslassö Stamm 12 are aligned coaxially with the tube membrane inlet openings 6.
  • the diameter of the ventilation tubes 10 is smaller than the diameter of the tube membranes 5 in order to provide the lowest possible flow resistance for the inflowing in the direction of arrow B in the ventilation module 8 to be filtered medium.
  • the stipulateauslassötechnisch 12 of the ventilation tubes 10 such large air bubbles that they are adapted to the cross section of the tube membranes 5 and on the entire length of the tube membranes 5 for a slug-flow effect to care. This is the effectiveness and permeate this
  • Filtration system 1 significantly improved over fine-bubble filtration systems, which are known from the prior art, in which only after flowing through almost two thirds of the tube membrane length of fine air bubbles so adapted large air bubbles in the last
  • the media outlet openings 12 of the ventilation tubes 10 can carry slotted caps, which act as slit membranes and only emit air bubbles into the tube membranes 5, if there is an air pressure in the air supply chamber 17. If there is no air pressure, the slit diaphragms close and act like check valves.
  • the vent tube 10 is closed and provided a transverse opening as stipulateauslassö réelle 12 in the vent tube 10, said transverse opening of a
  • Hose piece is covered, which thus forms a hose valve, so that can escape from the transverse stipulateauslassö réelle 12 upon application of an air pressure air bubbles, but in the absence of air pressure no medium to be filtered flows back into the ventilation tubes 10.
  • each ventilation tube 10 can be replaced by a common check valve in a compressed air supply, but with the disadvantage that in the absence of air pressure medium to be filtered in the ventilation tubes 10 and the ventilation supply chamber 17 can pass.
  • An advantage of this variant is that no expensive valve solutions are to be provided in the area of the media outlet openings 12 of the ventilation tubes 10.
  • each individual air inlet opening 11 are assigned to a defined number of perforations or of pores of the porous plate.
  • a non-return valve can be achieved when the perforated elastomeric membrane has no open pores, but a plurality of slots.
  • FIG. 2 shows a schematic perspective view of the filtration system 1 according to FIG. 1.
  • the housings 13 and 14 of the filter module 4 or of the ventilation module 8 are arranged on one another such that the ventilation tubes 10 are aligned coaxially with the tube modules 5.
  • a similar function has the potting compound 29, which separates the collecting region 37 for the filtrate of the tube membrane interior 15, so that inflowing medium to be filtered not can reach the collecting space 37 for the filtrate.
  • the residual medium is discharged with the retained substances via a second outlet opening 23 of the filter module 4 in the direction of arrow A, while the filtrate, which occurs in the collecting region 37, is discharged via a first outlet opening 22 of the filter module 4 in the direction of arrow D.
  • a vacuum pump (not shown here) can be arranged in the corresponding filtrate line in order to accelerate the removal of the filtrate.
  • FIG. 3 shows a schematic plan view of the filtration system 1 according to FIG. 1 in a sectional plane through the filter module 4.
  • a lower flange 25 surrounds the tubular housing 13 of the filter module 4, in which tubular membranes 5 having a larger diameter are arranged in a tight bundle than the ventilation tubes 10, so that the coaxially aligned ventilation tubes 10 with their media outlet openings 12 can be seen in this plan view in each of the tube membranes 5.
  • FIG. 4 shows a schematic cross section through a filtration system 2 with ventilation system 3 according to a second embodiment of the invention, which has a modified ventilation module 9.
  • the difference between the first embodiment of the filtration system 1 shown in FIG. 1 and the second embodiment of the filtration system 2 shown in FIG. 4 lies in the fact that the ventilation pipes not only convey air as a medium but also already transport a medium enriched with air bubbles and to be filtered. Accordingly, the media inlet 18 for the medium to be filtered flows in the direction of arrow B and the air inlet 19 is arranged differently for the air flowing in the direction of the arrow C.
  • the number and arrangement of the tube membranes 5 and the filter module 4 also corresponds in this embodiment of the invention, the arrangement and number of ventilation tubes (10).
  • the air inlet 19 is now attached laterally to the housing 14 of the ventilation module 9, while the medium to be filtered into the ventilation pipes via the media inlet 18 in
  • Air inlet openings 11 which form in the air flowing through the ventilation tubes 10 to be filtered medium bubbles that are so large that they occupy almost the cross section of the ventilation tubes 10.
  • At the vent tube ends 16 are media outlet
  • the diameter of the ventilation tubes 10 of the ventilation module 9 correspond to the diameters of the tube membranes 5 in the filter module 4.
  • Media outlet 12 of the ventilation tubes 10 are emitted and in the tube membranes 5 trigger the highly effective Slug- flow effect by shearing forces on the annealing substances are exerted on the membrane layer of the tube membranes 5 through the air bubbles, which allow only a small gap between the membrane layer and the air bubble surface and pull behind a wake, which provide turbulence for shear forces on the substances deposited in the tube membrane interior 15.
  • FIG. 5 shows a schematic perspective view of the filtration system 2.
  • the air inlet openings 11 of the ventilation pipes 10 are now arranged on jacket surfaces of the ventilation pipes in the region of the air supply space 17 and the ventilation pipes 10 already carry the medium to be filtered, then in that air bubbles adapted to the tube membrane diameter are emitted into the tube membrane inlet openings 6 at the ventilation tube ends 16 via the medium outlet openings 12.
  • Figure 6 shows a schematic plan view of the
  • Figure 7 shows a schematic diagram of a filtration system 2 in conjunction with a separate collection
  • the medium to be filtered 32 is arranged, which via the outlet 31 and a circulation pump 30th is first performed in the ventilation system 3 to the media inlet 18 of the ventilation module 9 and flows in the direction of arrow B through the ventilation module 9. Via an air inlet 19 and an air pressure line 35 air is supplied to the flowing medium to be filtered in the direction of arrow C, so that air bubbles form in the medium, which are adapted to a diameter of ventilation tubes, which are located in the ventilation module 9, and from the medium outlet 20th of the ventilation module 9 are emitted into the tube membrane inlet opening 6 of the filter module 4.
  • a filtrate is discharged into a collecting space 37 outside the tube membrane via a membrane layer in the interior 15 of the tube membrane 5.
  • This filtrate is discharged via a first outlet opening 22 and via a Filtratab effet 36 in the direction of arrow D, wherein a vacuum pump 33 can support the suction of the filtrate.
  • the residual medium and the retentates contained in the medium are in the second outlet opening 23, which summarizes the tube membrane outlet openings 7 of the tube membranes 5, in
  • Arrow direction A and 34 supplied via a further media line to the collecting container 24, in which now accumulates the retentate of the medium to be filtered 32 until an intended density is reached.
  • FIG. 8 shows a schematic diagram of a filtration system 2 in a collection and return tank 24.
  • the filtration system 2 according to the invention is arranged directly in the collection and return tank 24, wherein a circulating pump 30 in the direction of arrow B, the medium to be filtered
  • the ventilation system 3 of the filtration system 2 supplies.
  • the medium 32 to be filtered passes through the same stations as in the filtration system shown in FIG 1, however, the circulation pump 30 is arranged directly in the collection and return tank 24 and the second outlet opening 23 of the filtration system 2 ends directly in the medium to be filtered 32, so that the media line 34 shown in Figure 7 is no longer required.
  • Air supply compartment 18 Media inlet (for media to be filtered)

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Filtrationssystem (1) mit Belüftungssystem (3) und ein Filtrationsverfahren unter Verwendung des Filtrationssystems (1). Das Filtrationssystem (1) weist zum Filtrieren von Medien ein Filtermodul (4) mit Rohrmembranen (5) auf, die eine Rohrmembran-Einlauföffnung (6) und eine Rohrmembran-Auslauföffnung (7) umfassen. Zum Belüften weist das Filtrationssystem (1) ein Belüftungsmodul (8) mit Belüftungsrohren (10) auf, die mindestens eine Lufteinlassöffnung (11) und eine Medienauslassöffnung (12) besitzen. Das Belüftungsmodul (8) hält für jede Rohrmembran-Einlauföffnung (6) eine Medienauslassöffnung (12) eines einzelnen Belüftungsrohres (8) bereit, wobei das einzelne Belüftungsrohr (8) derart dimensioniert ist, dass es mindestens Luftblasen, die einem Rohrmembranquerschnitt angepasst sind, in die Rohrmembran (5) emittiert. Dazu ist die Rohrmembran-Einlauföffnung (6) über der Medienauslassöffnung (12) des einzelnen Belüftungsrohres (10) angeordnet.

Description

Filtrationssystem mit Belüftungssystem
Die Erfindung betrifft ein Filtrationssystem mit
Belüftungssystem und ein Filtrationsverfahren. Dazu weist das Filtrationssystem mit Belüftungssystem zum Belüften ein Belüftungsmodul und zum Filtrieren von Medien ein Filtermodul mit Rohrmembranen auf, wobei eine Rohrmembran eine Rohrmembran-Einlauföffnung und eine Rohrmembran- AuslaufÖffnung an den Enden der Rohrmembran aufweist.
Ein derartiges Filtrationssystem ist aus der Druckschrift
DE 694 17 374 T2 bekannt. In dem bekannten System erfolgt die Filtration mit Rohrmodulen, mit denen ein druckgetriebener Trennprozess, der Lösungen und Dispersionen auf physikalischem Wege in ein Konzentrat und ein Filtrat trennt, durchgeführt wird. Dazu ist das Filtermedium im Filtermodul als Rohr aufgebaut mit einem äußeren stark permeablem Stützrohr für die mechanische Stabilität und einer innen liegenden Membranschicht, welche die Trenneigenschaften aufweist. Um eine möglichst große Membranfläche auf möglichst geringem Raum installieren zu können, werden mehrere Rohrmembranen in einem Rohrmodul als Bündel zusammengefasst . Die Rohrmembranen sind in diesem Modul parallel angeordnet.
Derartige Rohrmodule werden in der Regel mit einer cross-flow oder tangential -flow Filtration betrieben. Dabei strömt die zu trennende Lösung parallel durch die Rohrmembranen. Ein Teil des zu filtrierenden Mediums passiert quer zur
Stömungsrichtung die Membranschicht und wird in einem größeren Sammelrohr gesammelt und als Filtrat oder Permeat abgeleitet. In dem zu filtrierenden Medium lösliche anorganische oder niedermolekulare organische Substanzen passieren zusammen mit dem Filtratmedium die Membranschicht, während emulgierte Stoffe, größere Makromoleküle und unlösliche Substanzen in Form von Partikeln von der Membranschicht der Rohrmembranen zurückgehalten werden. Das in den Rohrmembranen verbleibende Restmedium führt die zurückgehaltenen Inhaltsstoffe als Retentat aus dem Rohrmodul heraus. Das Retentat wird im Kreislauf so lange immer wieder durch das Rohrmodul geführt, bis die gewünschte Anreicherung der zurückgehaltenen Inhaltsstoffe in dem Restmedium erreicht ist.
Die cross-flow Technik erlaubt eine lange Filtrationszeit bei nur geringer Abnahme der Permeatleistung. Bei konventioneller Filtration akkumulieren die zurückgehaltenen Partikel auf dem Filtermedium bis zu einem Punkt, an dem die Flüssigkeit den Filter nicht mehr durchdringen kann. Die Filtrationsleistung nimmt mit zunehmender Deckschicht immer mehr ab. Um eine hohe Filtrationsleistung zu erreichen, soll die Deckschicht so gering wie möglich gehalten werden. Durch die permanente Überströmung der Membranoberfläche bei der cross-flow Filtration werden die Partikel von der Membranoberfläche zurück in die Hauptströmung geschwemmt und damit die Deckschicht vermindert. Dazu sind Scherkräfte an der Membranoberfläche notwendig, die teilweise durch hohe
Fließgeschwindigkeit und einer damit verbundenen turbulenten Strömung in den Rohrmembranen konventionell erreicht werden.
Ein Nachteil derartiger Anlagen besteht in der geforderten hohen Fließgeschwindigkeit, um eine turbulente Strömung aufrecht zu erhalten, was einen hohen relativen Energiebedarf nachteilig zur Folge hat. Aus der Druckschrift EP 0 659 694 Pl ist ein Membranbioreaktor mit einem Gaslüftsystem bekannt. Das Gaslüftsystem injiziert in die Rohrmembranen über Sprühdüsen, die einzelnen RohrmembraneiniaufÖffnungen zugeordnet sind, oder über Rohrstücke mit permeablen Wänden fein verteilte Luftbläschen in die Rohrmembranen. Diese Luftbläschen vereinigen sich beim Aufsteigen in senkrecht angeordneten Rohrmembranen nach Durchlaufen etwa eines Drittels bis zu zwei Dritteln der Rohrmembranlänge, ehe sie großvolumige Luftblasen bilden, welche den Rohrmembranquerschnitt nahezu auffüllen und für eine erhöhte Fließgeschwindigkeit zwischen Luftblase und Rohrmembranbeschichtung sorgen, so dass nun der so genannte Slug-flow-Effekt auftritt, bei dem die sich bildende Blase eine Wirbelschleppe hinter sich herzieht, die für ein Aufwirbeln der an der Innenwand abgesetzten Teilchen sorgt und zumindest im oberen Drittel der Rohrmembranen ein Akkumulieren der zurückgehaltenen Partikel auf der Rohrmembranschicht behindert .
Ein Nachteil des bekannten Bioreaktors besteht darin, dass teilweise nur ein Drittel der wirksamen Membranschicht in der Rohrmembran von sich absetzenden Partikeln freigehalten werden kann, zumal durch die Einleitung der Luft über poröse Rohrenden bzw. über ein Sprühdüsen-Belüftungsmodul zwar gleichmäßig verteilte Luftbläschen, aber für den Slug-flow- Effekt unwirksame kleine fein verteilte Luftbläschen, in die Rohrmembran-EinlaufÖffnungen eingeleitet werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Filtrationssystem mit Belüftungssystem zu schaffen, das eine energiesparende Trennung emulgierter Stoffe, größerer Makromoleküle und unlöslicher Substanzen in einem Filtermodul mit Rohrmembranen effektiver als bisher von dem Filtrat trennt und eine hohe Langzeit-Permeatleistung des Filtrationssystems sicherstellt.
Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Erfindungsgemäß wird ein Filtrationssystem mit Belüftungssystem und ein Filtrationsverfahren unter Verwendung des Filtrationssystems geschaffen. Das
Filtrationssystem weist zum Filtrieren von Medien ein Filtermodul mit Rohrmembranen auf, die eine Rohrmembran-Einlauföffnung und eine Rohrmembran-AuslaufÖffnung umfassen. Zum Belüften weist das Filtrationssystem ein Belüftungsmodul mit Belüftungsrohren auf, die mindestens eine Lufteinlassöffnung und eine Medienauslassöffnung besitzen. Das Belüftungsmodul hält für jede Rohrmembran-EinlaufÖffnung eine Medienauslassöffnung eines einzelnen Belüftungsrohres bereit, wobei das einzelne Belüftungsrohr derart dimensioniert ist, dass es mindestens Luftblasen, die einem Rohrmembranquerschnitt angepasst sind, in die Rohrmembran emittiert. Dazu ist die Rohrmembran-EinlaufÖffnung über der Medienauslassöffnung des einzelnen Belüftungsrohres angeordnet .
Ein derartiges Filtrationssystem mit Belüftungssystem hat den Vorteil, dass die volle Länge des Membranrohres mit ausreichend großen Luftblasen versorgt wird, so dass auf der gesamten Länge des Membranrohres ein Abscheiden von Feststoffen auf der im Membranrohr angeordneten
Membranschicht behindert wird, da jede der an den Durchmesser des Membranrohres angepassten Luftblasen einerseits bereits bei moderater Strömungsgeschwindigkeit von durchschnittlich 0,5 bis 2 m/s eine deutliche
Strömungsgeschwindigkeitserhöhung in dem Spalt zwischen Luftblase und Membranschicht verursacht und Scherkräfte auf sich absetzende Stoffe ausübt. Andererseits zieht jede dem Querschnitt der Rohrmembran angepasste Luftblase eine Wirbelschleppe hinter sich her, welche zusätzlich durch starke Verwirbelung das Absetzen von Stoffen auf der Membranschicht behindert .
Im Gegensatz zum Stand der Technik, bei dem nachteilig teure Belüftungsrohre mit permeabler Wandstruktur eingesetzt werden, können hier einfache Rohre mit glatten Wänden eingesetzt werden, die lediglich eine Luftöffnung entweder an einem Ende des Belüftungsrohres oder auf der Mantelfläche des Belüftungsrohres aufweisen, verwendet werden, um einzelne
Luftblasen in das zu filtrierende Medium zu emittieren. Durch die Anordnung der einzelnen Rohrmembranen mit ihren Rohrmembran-EinlaufÖffnungen über Medienauslassöffnungen der Belüftungsrohre wird die Zuordnung der sich bildenden bzw. von dem Belüftungsrohr emittierten Luftblasen zu einer einzelnen Rohrmembran sichergestellt. Dabei entspricht die Anordnung und Anzahl der Rohrmembranen des Filtermoduls vorzugsweise der Anordnung und Anzahl der Belüftungsrohre.
Dazu kann die Medienauslassöffnung eines Belüftungsrohres kleiner oder gleich dem Durchmesser der Rohrmembran-Einlauf- Öffnung sein. Ein kleinerer Rohrdurchmesser für die Belüftungsrohre gegenüber dem Durchmesser der Rohrmembranen wird dann gewählt, wenn das Belüftungsrohr einzig und allein Luft führt, die dann beim Übergang vom Lüftungsrohr zur
Rohrmembran Luftblasen in die Einlauföffnung der Rohrmembran liefert. Dazu sind die Belüftungsrohre mit ihren Lufteinlassöffnungen an eine Druckluftleitung angeschlossen und in einem Gehäuse untergebracht, das eine seitliche Medieneinlassöffnung aufweist, so dass das Bündel aus Belüftungsrohren von dem zu filternden Medium zwar umspült wird, aber dennoch getrennt ist. Erst im Übergangsbereich von den Belüftungsrohren zu den Rohrmembranen bilden sich entsprechend an den Durchmesser der Rohrmembran angepasste Luftblasen, die aus dem Luft führenden Belüftungsrohr emittiert werden. Das Filtermodul und das Belüftungsmodul sind mit ihren Rohren derart aufeinander ausgerichtet, dass die Belüftungsrohre des Belüftungsmoduls konzentrisch zu den Rohrmembranen des Filtermoduls angeordnet sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Medienauslassöffnung des Luft führenden Rohres eine Schlitzmembran auf, die derart angeordnet ist, dass sie
Luftblasen aus dem Luft führenden Belüftungsrohr freigibt, sofern ein entsprechender Luftdruck im Belüftungsrohr herrscht und bei Ausbleiben des Luftdrucks den Schlitz der Membran schließt, so dass das zu filtrierende und umgebende Medium nicht in das Belüftungsrohr eindringt.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung wird die Medienauslassöffnung des Belüftungsrohres von einem Schlauchstück gebildet, das über das Belüftungsrohrende gestreift ist und eine Medienauslassöffnung im Mantel des
Belüftungsrohres abdeckt, wobei das Ende des Belüftungsrohres verschlossen ist. Durch die Anbringung eines derartigen Schlauchventils am Medienaustrittsende des Belüftungsrohres wird ebenfalls erreicht, dass zwar Luftblasen bei Überdruck aus dem Belüftungsrohr entweichen können, jedoch kein die
Belüftungsrohre umgebendes zu filtrierendes Medium in das Belüftungsrohr eindringen kann. Im Prinzip kann diese Ventilfunktion durch andere Ventilkonstruktionen für jedes der Belüftungsrohre gebildet werden oder durch ein Rückschlagventil in der PressluftZuführung des Belüftungsmoduls sichergestellt werden.
In einer weiteren Ausführungsform des Filtrationssystems führen bereits die Belüftungsrohre das zu filtrierende Medium und weisen auf der Mantelfläche jeweils eine Lufteinlassöffnung auf. Diese Lufteinlassöffnung ist von einem gegen Medieneintritt gesicherten Luftzufuhrraum umgeben, so dass Luft über die Lufteinlassöffnung im Mantel der Belüftungsrohre in das in den Belüftungsrohren geführte zu filtrierende Medium eindringt, wobei die
Lufteinlassöffnung derart dimensioniert ist, dass sich in dem Medium in den Belüftungsrohren Luftblasen bilden, welche dem Durchmesser der Membranrohre entsprechen.
Dazu weisen die Belüftungsrohre annähernd einen Durchmesser auf, der den Rohrmembranen entspricht, so dass die Größe der Medienauslassöffnung der Belüftungsrohre der Größe der Rohrmembran-EinlaufÖffnung des Filtermoduls angepasst ist und die Medienauslassöffnung ein Gemisch aus Luftblasen und zu filtrierendem Medium in die Rohrmembranen emittiert. Auch bei dieser Lösung sind die Belüftungsrohre des Belüftungsmoduls koaxial zu den Rohrmembranen des Filtermoduls angeordnet, um sicherzustellen, dass die in den Belüftungsrohren gebildeten Luftblasen in den Rohrmembranen aufsteigen können. Dazu weisen das Belüftungsmodul und das Filtermodul Gehäuse auf, die vertikal übereinander angeordnet sind.
Um eine Filtration im Filtermodul zu gewährleisten, weist die Rohrmembran ein äußeres permeables Stützrohr und eine innere Membranschicht auf, die emulgierte Stoffe, Makromoleküle und/oder unlösliche Substanzen in dem zu filtrierenden Medium im Rohrmembraninneren als Retentat zurückhält, während sich das gefilterte Medium als Filtrat außerhalb der Rohrmembran ansammelt. Um eine Vielzahl von Rohrmembranen innerhalb des Filtermoduls und eine Vielzahl von Belüftungsrohren innerhalb des Belüftungsmoduls unterzubringen, sind Rohrmembranen und Belüftungsmembranen parallel zueinander angeordnet und gebündelt. Die gebündelten Belüftungsrohre sind mit ihren Medienauslassöffnungen auf die Rohrmembran-Einlauföffnungen eines Bündels von Rohrmembranen ausgerichtet, wobei die Lufteinlassöffnungen an einem den Medienauslassöffnungen gegenüberliegenden Belüftungsrohrende oder auf einer Mantelfläche der Belüftungsrohre angeordnet sind.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Lufteinlassöffnungen der Belüftungsrohre des Belüftungsmoduls gegenüber dem zu filtrierenden Medium abgedichtet und durch einem Luftzufuhrraum miteinander verbunden. Dieser Luftzufuhrraum ist im Mantelbereich der Belüftungsrohre angeordnet, wenn die Luftzufuhröffnungen im Mantelbereich der Belüftungsrohre angeordnet sind, und ist am Einspeisungsende der Belüftungsrohre angeordnet, wenn die Lufteinlassöffnungen durch die Enden der Belüftungsrohre gebildet werden.
Ferner kann das Belüftungsmodul einen Medieneinlass für das zu filtrierende Medium und einen Lufteinlass für die
Belüftung aufweisen sowie einen Medienauslass für ein Gemisch aus Luftblasen und zu filtrierendem Medium besitzen. Dabei ist dieser Medienauslass für ein Gemisch aus Luftblasen und zu filtrierendem Medium unterhalb der Medieneinlassöffnungen der Rohrmembranen des Filtriermoduls angeordnet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Belüftungsmodul stromabwärts des Lufteinlasses und vor den Lufteinlassöffnungen der Belüftungsrohre eine poröse luftdurchlässige Platte auf. Diese Platte hat den Vorteil, dass die Luft, welche mit unterschiedlicher Einströmgeschwindigkeit die Lufteinlassöffnungen erreicht, wenn keine poröse Platte vorgesehen ist, diese
Geschwindigkeitsverteilung durch die poröse luftdurchlässige Platte vergleichmäßigt wird. Auch kann für das Belüftungsmodul stromabwärts des Lufteinlasses und vor den Lufteinlassöffnungen der Belüftungsrohre eine luftdurchlässige Membran vorgesehen werden. Eine luftdurchlässige Membran hat den Vorteil, dass sie wie ein Rückschlagventil wirken kann und somit einen Rückfluss von zu filtrierendem Medium behindert auch ohne Auslassventile an den Belüftungsrohrenden, so dass die Luft nur in eine Richtung, nämlich in Richtung auf die Belüftungsrohre, durchgelassen wird.
Das Filtermodul weist vorzugsweise eine Eingangsöffnung für ein Gemisch aus Luftblasen und zu filtrierendem Medium und eine erste Auslassöffnung für das Filtrat und eine zweite
Auslassöffnung für ein Gemisch aus Restmedium, Retentat und Luftblasen auf. Da das Filtrationssystem mit niedriger Energie und insbesondere mit niedrigen
Strömungsgeschwindigkeiten in den Rohrmembranen auskommt und dennoch eine hohe Langzeitpermeabilität zur Verfügung stellt, kann, zur Erhöhung des Durchsatzes das Filtrat mit Hilfe einer Unterdruckpumpe, die stromabwärts der ersten Auslassöffnung an das Filtermodul angeschlossen ist, abgepumpt werden.
Um das zu filtrierende Medium in einem Kreisprozess zu führen ist vorzugsweise eine Umwälzpumpe stromaufwärts des Medieneinlasses vorgesehen. Diese Umwälzpumpe soll dafür sorgen, dass eine mittlere Durchströmgeschwindigkeit von 0,5 m/s bis 2 Meter pro Sekunde eingehalten wird, was gegenüber den Strömungsgeschwindigkeiten, die im Stand der Technik vorgeschrieben sind, um den Faktor 4 bis 8 geringer ist. Für einen derartigen Kreislaufprozess ist ein Sammel- und Rücklaufbehälter für ein Gemisch aus Restmedium und Retentat in dem Filtrationssystem vorgesehen. Dabei reichert sich das Retentat in dem Sammel- und Rücklaufbehälter bis zu einer vorgesehenen Dichte an.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das
Filtrationssystem auch in einem Sammel- und Rücklaufbehälter für ein Gemisch aus Restmedium und Retentat angeordnet sein. In diesem Fall kann auf entsprechend dimensionierte Zuleitungen zu dem Filtrationssystem verzichtet werden. Somit ist lediglich eine Luftzufuhr über eine Druckleitung zu dem
Belüftungsmodul notwendig und eine Ableitung des Filtrats aus dem Sammelbereich des Filtermoduls erforderlich. Ist die gewünschte Anreicherung von Retentat erreicht, so kann entweder das Filtrationssystem abgeschaltet oder auch aus dem Sammel- und Rücklaufbehälter entfernt werden.
Ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Filtrationssystems mit Belüftungssystem weist die nachfolgenden Herstellungsschritte auf. Zunächst wird ein geeignetes Gehäuse sowohl für ein Filtermodul als auch für ein Belüftungsmodul bereitgestellt. Dann wird eine Anzahl von Belüftungsrohren in das Gehäuse des Belüftungsmoduls eingebaut, die der Anzahl der Rohrmembranen im Filtermodul entsprechen. Dabei sind die Medienausgangsöffnungen der Belüftungsrohre geometrisch exakt auf die
Medieneinlassöffnungen der Rohrmembranen im Rohrmodul auszurichten. Der Luftzufuhrraum des Belüftungsmoduls ist gegen den Flüssigkeitsraum des Filtermoduls abzudichten, so dass die Luft nur über die Belüftungsrohre bzw. ihre Medienauslassöffnungen in das zu filtrierende Medium gelangen kann.
Das Belüftungsmodul wird unmittelbar an die
Medieneintrittsseite des Filtermoduls angeschlossen. Dabei wird das Belüftungssystem so ausgerichtet, dass die einzelnen Belüftungsrohre jeweils konzentrisch zu einer Rohrmembran stehen. Außerdem werden die Belüftungsrohre in ihrer Länge so bemessen, dass sie unmittelbar vor den Medieneinlauföffnungen der Rohrmembranen enden. Damit wird in vorteilhafter Weise gewährleistet, dass die Luft aus den Belüftungsrohren jeweils in nur eine Rohrmembran als Luftblase emittiert wird. Andererseits strömt die Flüssigkeit im freien Raum zwischen den Belüftungsrohren in das Rohrmodul. Die Belüftungsrohre werden so bemessen, dass ausreichend große Blasen für den so genannten Slug-flow-Effekt entstehen können und gleichzeitig genügend Zwischenraum verbleibt für einen möglichst geringen Strömungswiderstand des zu filtrierenden Mediums.
Alle Belüftungsrohre werden so angeordnet, dass sie über eine gemeinsame Leitung mit Luft versorgt werden können. Zur Verteilung der Luft auf die Belüftungsrohre wird ein Luftzufuhrraum auf der Eintrittsseite der Belüftungsrohre vorgesehen. Durch eine enge Fertigungstoleranz wird bereits eine gleichmäßige Verteilung der Luft auf alle Belüftungsrohre erreicht. Zusätzlich kann die Verteilung aber noch verbessert werden, indem die Belüftungsrohre über einen definierten Grundströmungswiderstand angeströmt werden. Dieser Grundwiderstand wird dadurch erreicht, dass in dem
Luftzufuhrraum z.B. eine mikroporöse Platte unmittelbar vor den Belüftungsrohren so montiert wird, dass jedes Belüftungsrohr über einen definierten porösen Querschnitt angeströmt wird. Alternativ ist es auch möglich, anstelle der porösen Platte eine perforierte Elastomermembran vorzusehen. Dabei wird jedem Belüftungsrohr eine definierte Anzahl von Perforationen der Elastomermembran zugeordnet. Mit einer derartigen Elastomermembran kann gleichzeitig auch eine
Rückschlagwirkung erreicht werden, so dass bei Aussetzen der Luftversorgung keine Flüssigkeit in den Luftzufuhrraum strömt .
Für ein weiteres Verfahren zur Herstellung eines
Belüftungssystems werden in einem Belüftungsmodul einzelne Belüftungsrohre fixiert. Dazu wird eine Anzahl von Belüftungsrohren montiert, die der Anzahl der Rohrmembranen in dem Filtermodul entspricht. Auch in diesem Fall werden die Belüftungsrohre geometrisch exakt gleich angeordnet wie die Rohrmembranen im Filtermodul. Bei dieser Herstellung des Belüftungssystems wird darauf geachtet, dass der Innendurchmesser der Belüftungsrohre in etwa dem Innendurchmesser der Rohrmembranen entspricht . Der Luftzufuhrraum ist wiederum gegen den Flüssigkeitsraum abgedichtet, so dass die Luft nur über Lufteinlassöffnungen auf den Mantelflächen der Belüftungsrohre in die zu filtrierende Flüssigkeit gelangen kann.
Das Belüftungssystem in Form eines Belüftungsmoduls wird unmittelbar an die Eintrittsseite des Rohrmembranmoduls direkt an das Filtermodul angeschlossen. Das Belüftungssystem wird dabei so ausgerichtet, dass die einzelnen Belüftungsrohre jeweils konzentrisch zu einer Rohrmembran stehen. Dazu werden die Belüftungsrohre derart fixiert, dass der Spalt zwischen Belüftungsrohren und Rohrmembranen möglichst gering ist. Durch diese Herstellung des Belüftungssystems wird gewährleistet, dass Luftblasen aus einem Belüftungsrohr jeweils in nur eine Rohrmembran emittiert werden. Außerdem wird erreicht, dass die zu filtrierende Flüssigkeit durch die Belüftungsrohre zum Filtermodul strömt, wobei die Luft von außen über die Lufteinlassöffnungen auf den Mänteln der Belüftungsrohre zugeführt wird. Die Bohrung für die Lufteinlassöffnung in den Mantelflächen der Belüftungsrohre ist so bemessen, dass ausreichend große Luftblasen für den so genannten Slug-flow- Effekt in den Belüftungsrohren entstehen. Alle Belüftungsrohre werden über die auf den Mantelflächen angeordneten Lufteinlassöffnungen über eine gemeinsame Leitung mit Luft versorgt. Die Verteilung der Luft auf die Belüftungsrohre erfolgt über einen abgedichteten Zwischenraum zwischen den Enden der Belüftungsrohre.
Ein Filtrationsverfahren unter Verwendung des Filtrationssystems mit Belüftungssystem weist die nachfolgenden Verfahrensschritte auf. Zunächst wird ein zu filterndes Medium im Umlaufverfahren von einem Sammel- und Rücklaufbehälter unter ständiger Druck- und
Durchflussüberwachung über ein Belüftungsmodul und ein Filtermodul zurück zum Sammel- und Rücklaufbehälter geführt, bis eine vorgegebene Anreicherung des gefilterten Mediums mit einem Retentat im Sammel- und Rücklaufbehälter erreicht ist. Dazu werden Luftblasen des Belüftungsmoduls in Rohrmembranen des Filtermoduls eingeleitet. In dem Filtermodul wird das zu filternde Medium mittels Rohrmembranen in ein Filtrat und ein Retentat mit Restmedium getrennt . Nach dem Trennvorgang wird das Filtrat abgeführt und ein Anreichern des Mediums mit Retentat im Sammel- und Rücklaufbehälter erreicht.
Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass in ihrer Größe ausreichend an den Rohrmembranquerschnitt angepasste Luftblasen mit dem Belüftungsmodul erzeugt werden, die auf der gesamten Länge der Rohrmembranen einen so genannten Slug- flow-Effekt auslösen, bei dem jede Luftblase geeigneter Größe eine Wirbelschleppe hinter sich beim Durchströmen der Rohrmembranen verursacht, welche dafür sorgt, dass sich kein Retentat auf einer an der Rohrmembran angeordneten Membranschicht ablagert. Dadurch wird eine lang andauernde hohe Permeabilität der Rohrmembranen in dem Filtermodul sichergestellt .
Dazu werden Luftblasen in einem Belüftungsmodul erzeugt und in Rohrmembran-EinlaufÖffnungen emittiert, deren Durchmesser dem Durchmesser der Rohrmembranen und deren Länge dem drei- bis fünffachen des Rohrdurchmessers entspricht. Diese langgestrecken Luftblasen in der Rohrmembran haben den
Vorteil, dass die relative Strömungsgeschwindigkeit in dem Spalt zwischen Blase und Innenwandung der Rohrmembran deutlich höher ist als die mittlere Strömungsgeschwindigkeit durch die Rohrmembran. Dadurch werden Scherkräfte auf sich absetzende Substanzen auf der Membranschicht ausgeübt und so wird dafür gesorgt, dass diese beim Durchströmen der Luftblasen durch das Filtermodul mitgerissen werden. Ferner ist bei diesem Verfahren vorgesehen, dass nach einer Langzeitperiode ein Entfernen von angelagertem Retentat auf der Membranschicht der Innenwandung der Rohrmembranen durch eine Spülflüssigkeit erfolgt, die in entgegengesetzter Strömungsrichtung durch das Filtermodul geführt und dem Sammel- und Rückflussbehälter zugeführt wird.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert . Figur 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein
Filtrationssystem mit Belüftungssystem einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Figur 2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht des Filtrationssystems gemäß Figur 1;
Figur 3 zeigt eine schematische Draufsicht auf das
Filtrationssystem gemäß Figur 1;
Figur 4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein
Filtrationssystem mit Belüftungssystem gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
Figur 5 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht des Filtrationssystems gemäß Figur 4;
Figur 6 zeigt eine schematische Draufsicht auf das
Filtrationssystem gemäß Figur 4;
Figur 7 zeigt eine Prinzipskizze eines Filtrationssystems in Zusammenwirkung mit einem separaten Sammel- und
Rücklaufbehälter;
Figur 8 zeigt eine Prinzipskizze eines Filtrationssystems in einem Sammel- und Rücklaufbehälter .
Figur 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Filtrationssystem 1 mit Belüftungssystem 3 einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Dazu weist das
Filtrationssystem 1 zwei vertikal übereinander angeordnete Module auf. Ein Belüftungsmodul 8 ist dazu unterhalb eines Filtermoduls 4 angeordnet, wobei das Filtermodul 4 mit seinem unteren Flansch 25 über ein Dichtungselement 27 mit einem oberen Flansch 26 des Belüftungsmoduls 8 mediendicht verbunden ist. Das Filtermodul 4 weist ein rohrförmiges Gehäuse 13 auf, in dem ein Bündel von Rohrmembranen 5 angeordnet ist, die eine Rohrmembran-EinlaufÖffnung 6 und eine Rohrmembran-AuslaufÖffnung 7 an ihren Enden aufweisen.
Durch diese Rohrmembranen 5 strömt das zu filtrierende Medium, das über einen Medieneinlass 18 des Belüftungsmoduls 8 dem Filtrationssystem 1 in Pfeilrichtung B zugeführt wird. Um das zu filtrierende Medium in die Rohreinlassöffnungen 6 des Filtriermoduls 4 einzuleiten sind die Rohrmembranen 5 im Bereich der Rohrmembran-Einlauföffnungen 6 von einer Vergussmasse 29 des Filtermoduls 4 umgeben, um den Sammelbereich 37 für das Filtrat außerhalb der Rohrmembranen 5 gegenüber dem zu filtrierenden Medium abzudichten. Das Filtrat kann aus dem Sammelraum 37 über eine erste Auslassöffnung 22 des Filtermoduls 4 abgeführt werden. Die Rohrmembranen 5 weisen zur Filtration ein permeables Stützrohr auf, das in seinem Rohrmembraninneren 15 mit einer Membranschicht versehen ist, so dass in dem zu filtrierenden Medium gelöste anorganische und niedermolekulare Substanzen die Membranschicht quer zur Strömungsrichtung des zu filtrierenden Mediums passieren können, während emulgierte Stoffe, größere Makromoleküle und unlösliche Substanzen wie Feststoffpartikel durch die Membranschicht zurückgehalten werden und mit einem zu filtrierenden Restmedium in Pfeilrichtung A aus dem Filtermodul über eine zweite Auslassöffnung 23 des Filtermoduls 4 herausgeführt werden.
Das Belüftungssystem 3 weist in dieser ersten Ausführungsform des Filtrationssystems 1 ein Belüftungsmodul 8 auf, das einerseits einen am Modulgehäuse 14 seitlich angeordneten Medieneinlass 18 und andererseits im unteren Bereich einen Luftzufuhrraum 17 mit einem Lufteinlass 19 aufweist, durch den in Pfeilrichtung C Luft in Lufteinlassöffnungen 11 von Belüftungsrohren 10 eingelassen werden kann. Die Belüftungsrohre 10 sind in dem Belüftungsmodul 8 von einem zu filtrierenden Medium umgeben, das durch eine Vergussmasse 28, welche die Lufteinlassöffnungen 11 der Belüftungsrohre 10 umgibt, mediendicht getrennt ist. Die Anzahl und Anordnung der Belüftungsrohre 10 des Belüftungsmoduls 8 entspricht exakt der Anzahl und Anordnung der Rohrmembranen 5 des
Filtermoduls 4. Außerdem sind die Belüftungsrohre 10 derart ausgerichtet, dass ihre Medienauslassöffnungen 12 koaxial zu den Rohrmembran-EinlaufÖffnungen 6 ausgerichtet sind.
Außerdem ist der Durchmesser der Belüftungsrohre 10 geringer als der Durchmesser der Rohrmembranen 5, um einen möglichst geringen Strömungswiderstand für das in Pfeilrichtung B in das Belüftungsmodul 8 einströmende zu filtrierende Medium vorzusehen. Am Übergang von dem Mediumauslass 20 des Belüftungsmoduls 8 zur Eingangsöffnung 21 des Filtermoduls 4 bilden die Medienauslassöffnungen 12 der Belüftungsrohre 10 derart große Luftblasen, dass sie dem Querschnitt der Rohrmembranen 5 angepasst sind und auf der gesamten Länge der Rohrmembranen 5 für einen Slug-flow-Effekt sorgen. Damit ist die Effektivität und die Permeatleistung dieses
Filtrationssystems 1 deutlich verbessert gegenüber feinblasigen Filtrationssystemen, die aus dem Stand der Technik bekannt sind, bei denen erst nach Durchströmen von fast zwei Dritteln der Rohrmembranlänge aus feinen Luftbläschen derart angepasste große Luftblasen im letzten
Drittel der Rohrmembranen 5 gebildet werden, so dass die oben beschriebenen Vorteile des Slug-flow-Effekts nicht voll genutzt werden können. Um ein Rückfließen des Mediums bei Aussetzen des Luftstroms in die Belüftungsrohre 10 zu vermeiden, können die Medienauslassöffnungen 12 der Belüftungsrohre 10 geschlitzte Kappen tragen, die als Schlitzmembranen wirken und nur dann Luftblasen in die Rohrmembranen 5 emittieren, wenn im Luftzufuhrräum 17 ein Luftdruck anliegt. Liegt kein Luftdruck an, so schließen die Schlitzmembranen und wirken wie Rückschlagventile .
Außerdem ist es möglich, Schlauchventile im Bereich der Medienauslassöffnungen 12 der Belüftungsrohre 10 anzuordnen. Dazu wird das Belüftungsrohr 10 verschlossen und eine Queröffnung als Medienauslassöffnung 12 in dem Belüftungsrohr 10 vorgesehen, wobei diese Queröffnung von einem
Schlauchstück bedeckt ist, das somit ein Schlauchventil bildet, so dass aus der quer liegenden Medienauslassöffnung 12 bei Anliegen eines Luftdrucks Luftblasen entweichen können, aber beim Ausbleiben von Luftdruck kein zu filtrierendes Medium in die Belüftungsrohre 10 zurückströmt.
Derartige Einzelventile auf jedem Belüftungsrohr 10 können durch ein gemeinsames Rückschlagventil in einer Druckluftzufuhr ersetzt werden, jedoch mit dem Nachteil, dass bei Ausbleiben eines Luftdrucks zu filtrierendes Medium in die Belüftungsrohre 10 und den Belüftungszufuhrraum 17 gelangen kann. Ein Vorteil dieser Variante ist, dass keine aufwendigen Ventillösungen im Bereich der Medienauslassöffnungen 12 der Belüftungsrohre 10 vorzusehen sind.
Ferner ist es möglich, im Luftzufuhrraum 17 eine poröse Platte oder eine perforierte Elastomermembran einzusetzen, wobei jeder einzelnen Lufteinlassöffnung 11 eine definierte Anzahl von Perforationen bzw. von Poren der porösen Platte zuzuordnen sind. Außerdem kann mit einer Elastomermembran bereits eine Rückschlagsicherung erreicht werden, wenn die perforierte Elastomermembran keine offenen Poren aufweist, sondern eine Vielzahl von Schlitzen.
Bei dem in Figur 1 gezeigten Filtrationssystem 1 wurden in dem Filtermodul 4 85 Rohrmembranen gebündelt und parallel ausgerichtet und die gleiche Anzahl an Belüftungsrohren 10 im Belüftungsmodul 8 angeordnet, wobei der Innendurchmesser der Belüftungsrohre 10 beispielsweise 2 mm und der Innendurchmesser der Rohrmembranen 8 mm aufweisen. Um wirksame große Blasen am Übergang von der Medienauslassöffnung 12 zu der Rohrmembran-EinlaufÖffnung 6 zu gewährleisten, wurde eine Luftmenge von 60 bis 90 l/h durch die Belüftungsrohre 10 bei einem Überdruck von 30 kPa eingebracht und eine Strömungsgeschwindigkeit des zu filtrierenden Mediums in den Rohrmembranen zwischen 0,5 und 2,0 m/s vorgesehen.
Figur 2 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht des Filtrationssystems 1 gemäß Figur 1. Die Gehäuse 13 und 14 des Filtermoduls 4 bzw. des Belüftungsmoduls 8 sind derart aufeinander angeordnet, dass die Belüftungsrohre 10 koaxial zu den Rohrmodulen 5 ausgerichtet sind. Außerdem ist im Belüftungsmodul 8 das in Pfeilrichtung B über die Medieneinlassöffnung 18 einströmende zu filtrierende Medium durch die Vergussmasse 28 von dem Luftzufuhrraum 17 und der in Pfeilrichtung C einströmenden Luft mediendicht getrennt. Eine ähnliche Funktion hat die Vergussmasse 29, welche den Sammelbereich 37 für das Filtrat von dem Rohrmembraninneren 15 trennt, so dass zuströmendes zu filtrierendes Medium nicht den Sammelraum 37 für das Filtrat erreichen kann. Das Restmedium wird mit den zurückgehaltenen Stoffen über eine zweite Auslassöffnung 23 des Filtermoduls 4 in Pfeilrichtung A abgeleitet, während das Filtrat, das im Sammelbereich 37 auftritt, über eine erste Auslassöffnung 22 des Filtermoduls 4 in Pfeilrichtung D abgeführt wird. Dazu kann in der entsprechenden Filtratleitung eine hier nicht gezeigte Unterdruckpumpe angeordnet sein, um das Abführen des Filtrats zu beschleunigen.
Figur 3 zeigt eine schematische Draufsicht auf das Filtrationssystem 1 gemäß Figur 1 in einer Schnittebene durch das Filtermodul 4. Ein unterer Flansch 25 umgibt das rohrförmige Gehäuse 13 des Filtermoduls 4, in dem in einem dichten Bündel Rohrmembranen 5 angeordnet sind, die einen größeren Durchmesser aufweisen als die Belüftungsrohre 10, so dass die koaxial ausgerichteten Belüftungsrohre 10 mit ihren Medienauslassöffnungen 12 in dieser Draufsicht in jedem der Rohrmembranen 5 zu sehen sind.
Figur 4 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein Filtrationssystem 2 mit Belüftungssystem 3 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, die ein geändertes Belüftungsmodul 9 aufweist. Komponenten mit gleichen Funktionen wie in den vorhergehenden Figuren werden mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet und nicht extra erörtert. Der Unterschied zwischen der in Figur 1 gezeigten ersten Ausführungsform des Filtrationssystems 1 und der in Figur 4 gezeigten zweiten Ausführungsform des Filtrationssystems 2 liegt darin, dass die Belüftungsrohre nicht nur als Medium Luft führen, sondern bereits ein mit Luftblasen angereichertes und zu filtrierendes Medium transportieren. Entsprechend sind der Medieneinlass 18 für das zu filtrierende in Pfeilrichtung B einströmende Medium und der Lufteinlass 19 für die in Pfeilrichtung C einströmende Luft anders angeordnet . Die Anzahl und Anordnung der Rohrmembranen 5 und des Filtermoduls 4 entspricht auch in dieser Ausführungsform der Erfindung der Anordnung und Anzahl der Belüftungsrohre (10) .
Der Lufteinlass 19 ist nun seitlich an dem Gehäuse 14 des Belüftungsmoduls 9 angebracht, während das zu filtrierende Medium in die Belüftungsrohre über den Medieneinlass 18 in
Pfeilrichtung B eingeführt wird. Dabei ist der Luftzufuhrraum 17, der die Lufteinlässe 19 versorgt, von dem durch die Belüftungsrohre strömenden zu filtrierenden Medium abgeschirmt. Die Belüftungsrohre 10 weisen auf ihren Mantelflächen im Bereich des Luftzufuhrraums 17
Lufteinlassöffnungen 11 auf, die in dem durch die Belüftungsrohre 10 strömenden zu filtrierenden Medium Luftblasen bilden, die so groß sind, dass sie nahezu den Querschnitt der Belüftungsrohre 10 einnehmen. An den Belüftungsrohrenden 16 befinden sich Medienauslassöffnungen
12, welche nun auf die MedieneinlaufÖffnungen 6 der Membranrohre 5 des Filtermoduls 4 ausgerichtet sind.
Um einen verlustfreien Übergang zu gestalten, entsprechen die Durchmesser der Belüftungsrohre 10 des Belüftungsmoduls 9 den Durchmessern der Rohrmembranen 5 im Filtermodul 4. Somit wird auch bei dieser zweiten Ausführungsform der Erfindung gewährleistet, dass auf der gesamten Länge der Rohrmembranen 5 von den Rohrmembran-EinlaufÖffnungen 6 bis zu den Rohrmembran-AuslaufÖffnungen 7 angepasste Luftblasen aus den
Medienauslassöffnungen 12 der Belüftungsrohre 10 emittiert werden und in den Rohrmembranen 5 den hochwirksamen Slug- flow-Effekt auslösen, indem Scherkräfte auf die sich anlagernden Substanzen auf der Membranschicht der Rohrmembranen 5 durch die Luftblasen ausgeübt werden, die nur einen geringen Spalt zwischen Membranschicht und Luftblasenoberfläche zulassen und eine Wirbelschleppe hinter sich herziehen, welche über Turbulenzen für Scherkräfte auf die sich anlagernden Substanzen im Rohrmembraninneren 15 sorgen.
Figur 5 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht des Filtrationssystems 2. Mit dieser perspektivischen Ansicht wird nochmals deutlich, dass die Lufteinlassöffnungen 11 der Belüftungsrohre 10 nun auf Mantelflächen der Belüftungsrohre im Bereich des Luftzufuhrraums 17 angeordnet sind und die Belüftungsrohre 10 bereits das zu filtrierende Medium führen, so dass an den Belüftungsrohrenden 16 über die Medienauslassöffnungen 12 entsprechend an den Rohrmembrandurchmesser angepasste Luftblasen in die Rohrmembran-EinlaufÖffnungen 6 emittiert werden.
Figur 6 zeigt eine schematische Draufsicht auf das
Filtrationssystem 2 gemäß Figur 4 mit einem Schnitt durch das Filtermodul 4. In dieser Draufsicht wird deutlich, dass sich die Innendurchmesser der Belüftungsrohre und der hier gezeigten Rohrmembranen 5 einander entsprechen, so dass die konzentrisch angeordneten Belüftungsrohre in dieser
Draufsicht der zweiten Ausführungsform des Belüftungsmoduls 9 nicht zu sehen sind.
Figur 7 zeigt eine Prinzipskizze eines Filtrationssystems 2 in Zusammenwirkung mit einem separaten Sammel- und
Rücklaufbehälter 24. In dem separaten Sammel- und Rücklaufbehälter 24 ist das zu filtrierende Medium 32 angeordnet, das über den Auslass 31 und eine Umwälzpumpe 30 zunächst in das Lüftungssystem 3 zum Medieneinlass 18 des Belüftungsmoduls 9 geführt wird und in Pfeilrichtung B durch das Belüftungsmodul 9 strömt. Über einen Lufteinlass 19 und eine Luftdruckleitung 35 wird in Pfeilrichtung C Luft dem durchströmenden zu filtrierenden Medium zugeführt, so dass sich Luftblasen in dem Medium bilden, die einem Durchmesser von Belüftungsrohren, die sich in dem Belüftungsmodul 9 befinden, angepasst sind und von dem Mediumauslass 20 des Belüftungsmoduls 9 in die Rohrmembraneinlauföffnung 6 dem Filtermoduls 4 emittiert werden.
In der Rohrmembran 5 wird über eine Membranschicht im Innern 15 der Rohrmembran 5 ein Filtrat in einen Sammelraum 37 außerhalb der Rohrmembran abgegeben. Dieses Filtrat wird über eine erste Auslassöffnung 22 und über eine Filtratableitung 36 in Pfeilrichtung D abgeführt, wobei eine Unterdruckpumpe 33 das Absaugen des Filtrats unterstützen kann. Das Restmedium und die in dem Medium enthaltenen Retentate werden über die zweite Auslassöffnung 23, welche die Rohrmembran- Auslassöffnungen 7 der Rohrmembranen 5 zusammenfasst , in
Pfeilrichtung A und über eine weitere Medienleitung 34 dem Sammelbehälter 24 zugeführt, in dem sich nun das Retentat des zu filtrierenden Mediums 32 anreichert bis eine vorgesehene Dichte erreicht ist.
Figur 8 zeigt eine Prinzipskizze eines Filtrationssystems 2 in einem Sammel- und Rücklaufbehälter 24. In diesem Fall wird das erfindungsgemäße Filtrationssystem 2 direkt in dem Sammel- und Rücklaufbehälter 24 angeordnet, wobei eine Umwälzpumpe 30 in Pfeilrichtung B das zu filtrierende Medium
32 dem Belüftungssystem 3 des Filtrationssystems 2 zuführt. Das zu filtrierende Medium 32 durchläuft die gleichen Stationen wie in dem in Figur 7 gezeigten Filtrationssystem 1, jedoch ist die Umwälzpumpe 30 direkt im Sammel- und Rücklaufbehälter 24 angeordnet und die zweite Auslassöffnung 23 des Filtrationssystems 2 endet direkt in dem zu filtrierenden Medium 32, so dass die in Figur 7 gezeigte Medienleitung 34 nicht mehr erforderlich ist. Von außerhalb des Sammel- und Rücklaufbehälters 24 muss lediglich die Luft über eine Druckluftleitung 35 in Pfeilrichtung C zum Lufteinlass 19 zugeführt werden und über eine Filtratableitung 36 und eine Unterdruckpumpe 33 das Filtrat in Pfeilrichtung D abgeleitet werden.
Bezugszeichenliste
1 Filtrationssystem (1. Ausführungsform)
2 Filtrationssystem (2. Ausführungsform) 3 Belüftungssystem
4 Filtermodul
5 Rohrmembran
6 Rohrmembran-EinlaufÖffnung
7 Rohrmembran-AuslaufÖffnung 8 Belüftungsmodul (1. Ausführungsform)
9 Belüftungsmodul (2. Ausführungsform)
10 Belüftungsrohr
11 Lufteinlassöffnung
12 Medienauslassöffnung 13 Gehäuse des Filtermoduls
14 Gehäuse des Belüftungsmoduls
15 Rohrmembraninneres
16 Belüftungsrohrende
17 Luftzufuhrraum 18 Medieneinlass (für zu filterndes Medium)
19 Lufteinlass
20 Medienauslass
21 Eingangsöffnung des Filtermoduls
22 erste Auslassöffnung des Filtermoduls 23 zweite Auslassöffnung des Filtermoduls
24 Sammel- und Rücklaufbehälter
25 unterer Flansch
26 oberer Flansch
27 Dichtungselement 28 Vergussmasse des Belüftungsmoduls
29 Vergussmasse des Filtermoduls
30 Umwä12pumpe
31 Auslass des Sammel- und Rücklaufbehälters 32 zu filtrierendes Medium
33 Unterdruckpumpe
34 Medienleitung
35 Druckleitung 36 Filtratableitung
37 Sammelbereich des Filtrats
A Pfeilrichtung
B Pfeilrichtung C Pfeilrichtung
D Pfeilrichtung

Claims

Ansprüche
1. Filtrationssystem mit Belüftungssystem (3), wobei das Filtrationssystem (1, 2) zum Filtrieren von Medien ein Filtermodul (4) mit Rohrmembranen (5) , die eine
Rohrmembran-Einlauföffnung (6) und eine Rohrmembran-Auslauföffnung (7) aufweisen, und zum Belüften ein Belüftungsmodul (8, 9) mit Belüftungsrohren (10) , die mindestens eine Lufteinlassöffnung (11) und eine Medienauslassöffnung (12) umfassen, aufweist, wobei das Belüftungsmodul (8) für jede Rohrmembran-EinlaufÖffnung (6) eine Medienauslassöffnung (12) eines einzelnen Belüftungsrohres (10) aufweist, wobei das einzelne Belüftungsrohr (10) derart dimensioniert ist, dass es mindestens Luftblasen, die einem Rohrmembranquerschnitt angepasst sind, in die Rohrmembran (5) emittiert, und wobei die Rohrmembran-EinlaufÖffnung (6) über der Medienauslassöffnung (12) des einzelnen Belüftungsrohres (10) angeordnet ist.
2. Filtrationssystem nach Anspruch 1, wobei die Medienauslassöffnung (12) eines Belüftungsrohres (10) kleiner oder gleich der Rohrmembran-EinlaufÖffnung (6) ist.
3. Filtrationssystem nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die Belüftungsrohre (10) konzentrisch zu den Rohrmembranen (5) ausgerichtet sind.
4. Filtrationssystem nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei die Medienauslassöffnung (12) eines Belüftungsrohres (10) eine Schlitzmembran aufweist.
5. Filtrationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Medienauslassöffnung (12) ein Schlauchventil mit einer Öffnung eines gummielastisches Schlauchstückes aufweist, das eine Queröffnung in einem nach oben geschlossenen Belüftungsrohr (10) abdeckt.
6. Filtrationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Größe der Medienauslassöffnung (12) des Belüftungsmoduls (8) etwa der Größe der Rohrmembran- Einlauföffnung (6) des Filtermoduls (4) entspricht und die Medienauslassöffnung (12) ein Gemisch aus Luftblasen und zu filtrierendem Medium emittiert.
7. Filtrationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Belüftungsmodul (8) und das
Filtermodul (4) Gehäuse (13, 14) aufweisen, die vertikal übereinander angeordnet sind.
8. Filtrationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rohrmembran (5) ein äußeres permeables Stützrohr und eine innere Membranschicht aufweist, die emulgierte Stoffe, Makromoleküle und/oder unlösliche Substanzen in dem zu filtrierenden Medium im Rohrmembraninneren (15) als Retentat zurückhält, während sich das gefilterte Medium als Filtrat außerhalb der Rohrmembran ansammelt.
9. Filtrationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rohrmembranen (5) innerhalb des Filtermoduls (4) und die Belüftungsrohre (10) innerhalb des Belüftungsmoduls (8) parallel zueinander angeordnet sind
10. Filtrationssystem nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei die Belüftungsrohre (10) gebündelt und mit ihren Medienauslassöffnungen (12) auf die Rohrmembran-EinlaufÖffnungen (6) eines Bündels von Rohrmembranen (5) ausgerichtet sind, wobei die Lufteinlassöffnungen (11) an einem den Medienauslassöffnungen (12) gegenüberliegenden Belüftungsrohrende (16) angeordnet sind.
11. Filtrationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Lufteinlassöffnungen (11) auf einer Mantelfläche der ein zu filtrierendes Medium führenden Belüftungsrohre (10) angeordnet sind.
12. Filtrationssystem nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei die Lufteinlassöffnungen (11) gegenüber dem zu filtrierenden Medium abgedichtet und mit einem Luftzufuhrraum (17) verbunden sind.
13. Filtrationssystem nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei das Belüftungsmodul (8, 9) einen Medieneinlass (18) für das zu filtrierende Medium und einen Lufteinlass (19) für die Belüftung sowie einen Medienauslass (20) für ein Gemisch aus Luftblasen und zu filtrierendem Medium aufweist.
14. Filtrationssystem nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei das Belüftungsmodul (8) stromabwärts des Lufteinlasses (19) und vor den Lufteinlassöffnungen (11) der Belüftungsrohre (10) eine poröse luftdurchlässige Platte aufweist.
15. Filtrationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Belüftungsmodul (8) stromabwärts des Lufteinlasses (19) und vor den Lufteinlassöffnungen
(11) der Belüftungsrohre (10) eine luftdurchlässige Membran aufweist.
16. Filtrationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Filtermodul (4) eine Eingangsöffnung (21) für ein Gemisch aus Luftblasen und zu filtrierendem Medium und eine erste Auslassöffnung
(22) für das Filtrat und eine zweite Auslassöffnung (23) für ein Gemisch aus Restmedium, Retentat und Luftblasen aufweist .
17. Filtrationssystem nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei stromabwärts der ersten Auslassöffnung (22) für das Filtrat eine Unterdruckpumpe angeschlossen ist.
18. Filtrationssystem nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei für ein Führen des zu filtrierenden Mediums in einem Kreisprozess eine Umwälzpumpe stromabwärts des Medieneinlasses (18) des Belüftungsmoduls (8) vorgesehen ist.
19. Filtrationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Sammel- und Rücklaufbehälter (24) für ein Gemisch aus Restmedium und Retentat vorgesehen ist.
20. Filtrationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Filtermodul (4) mit dem Belüftungsmodul (8) in einem Sammel- und Rücklaufbehälter (24) für ein Gemisch aus Restmedium und Retentat angeordnet ist .
21. Filtrationssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Lufteinlass (19) mit einer
Druckluftleitung verbunden ist.
22. Filtrationsverfahren unter Verwendung des Filtrationssystems gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren folgende Verfahrensschritte aufweist:
Führen eines zu filternden Mediums im Durchlaufverfahren von einem Sammel- und Rücklaufbehälter (24) unter ständiger Druck- und Durchflussüberwachung über ein Belüftungsmodul (8) und ein Filtermodul (4) zurück zum Sammel- und Rücklaufbehälter (8) bis eine vorgegebenen Anreicherung des gefilterten Mediums mit einem Retentat erreicht ist, unter - Einleiten von Luftblasen des Belüftungsmoduls (8) in Rohrmembranen (5) des Filtermoduls (4) ; Trennen des zu filternden Mediums in Rohrmembranen (5) des Filtermoduls (4) in Filtrat und Retentat mit Restmedium; - Abführen des Filtrats und Anreichern des Mediums im Sammel- und Rücklaufbehälter (24) mit Retentat.
23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei Luftblasen in einem Belüftungsmodul (8) erzeugt und in Rohrmembran-Einlauf- Öffnungen (6) emittiert werden, deren Durchmesser dem
Durchmesser der Rohrmembranen (5) und deren Länge dem drei- bis fünffachen des Rohrdurchmessers entsprechen.
24. Verfahren nach Anspruch 22 oder Anspruch 23, wobei die Luftblasen in den Rohrmembranen (5) eine Wirbelschleppe hinter sich herziehen, die eine Anlagerung von Retentat auf der Membranschicht trotz tangentialem Ausströmens des FiItrats behindern.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, wobei zum Entfernen von angelagertem Retentat auf der Membranschicht der Innenwandung der Rohrmembranen (5) eine Spülflüssigkeit in entgegengesetzter
Strömungsrichtung durch das Filtermodul (4) geführt wird.
26. Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 25, wobei die Belüftungsrohre (10) über eine gemeinsame
Luftdruckleitung mit Luft versorgt werden.
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