RADTKE, Manfred (Ulrichswiesen 11, Neubulach, 75387, DE)
HÄUSSERMANN, Richard (Im Rain 22, Riederich, 72585, DE)
RADTKE, Manfred (Ulrichswiesen 11, Neubulach, 75387, DE)
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. |
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