CN102917774A - 具有内部再循环的过滤装置 - Google Patents

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Abstract

一种用于微过滤、超过滤或纳米过滤的装置，其包括一个或多个由平行地且彼此间隔开地设置的扁平过滤元件（5）构成的扁平过滤模块以及包括一个或多个气体推顶***（13）的气体喷射器（14），所述气体推顶***用于产生循环的、与扁平过滤元件的表面相切地定向的贯流式流动，所述贯流式流动包括至少一个上升区域和至少一个下降区域，在所述上升区域中贯流式流动基本上垂直向上地流动，在下降区域中贯流式流动基本上垂直向下地流动，并且上升区域经过所述至少一个扁平过滤模块的进流区体积的10～100％，并且下降区域经过所述至少一个扁平过滤模块的进流区体积的10～100％。

Description

具有内部再循环的过滤装置
技术领域
本发明涉及一种用于微过滤、超过滤或纳米过滤的装置和方法，包括一个或多个由平行地且彼此间隔开地设置的扁平过滤元件构成的扁平过滤模块以及包括气体推顶***的气体喷射器，所述气体推顶***用于产生循环的、与扁平过滤元件表面相切地定向的贯流式流动。
背景技术
在许多工业应用和公共应用中，例如在废水净化和海水脱盐中，数十年来采用膜片支持的过滤方法、尤其是贯流式过滤。在此，面状构造的多孔性的膜片被待净化的液体（以下称为进料）在与膜片表面相切的方向上流过。膜片的细孔尺寸根据应用情况处在大约10纳米至若干微米的范围内。被进料流过的空间通常称为进流区，该空间通过膜片与渗透物室隔开。在进流区与渗透物室之间施加大约0.1巴直至100巴的压差，该压差引起从进料区向渗透物室的材料输送，渗透物或者说滤液到达渗透物室中。用于废水处理的膜生物反应器（MBR）优选用0.02～0.4巴的压差工作。
膜片通常构成为双层的复合体，其包括一个载体无纺布和一个多孔性的膜片层。优选多孔性的膜片层由聚醚砜、聚砜、聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯、聚酰胺、聚醚酰亚胺、醋酸纤维素、再生纤维素、聚烯烃或氟聚合物。例如通过给无纺布或织物涂布聚合物溶液并且聚合物在随后的相转化步骤中析出，产生多孔性的膜片层。取而代之，以合适的方式拉伸聚合物膜，在聚合物膜中产生细孔。此时为了机械稳定，拉伸的聚合物膜贴合到载体无纺布上。按照这些方法制造的过滤膜片在商业上可得到，例如名称为
Figure BDA00002359488000011
膜片（威斯巴登市的公司MICRODYN-NADIR GmbH）或
Figure BDA00002359488000012
片式膜片（美国纽约州夏洛特市的公司Celgard Inc.）。
包含在进料中的对于通过膜片***来说直径过大的组成部分被阻止在膜片表面上并且部分保持粘附。在贯流式过滤时，膜片表面持久地被进料流过，以便将被阻止的组成部分（滞留物）从膜片表面运走。按这种方式能够以恒定的渗透物流连续地进行过滤操作。贯流式操作方式在典型的结构形式中由具有用于进料、滞留物和渗透物的三个接头的膜片模块实现。膜片模块配备一个封闭的或者一个单侧或多侧敞开的壳体或者框架，在该壳体或框架中安装扁平过滤元件或在少数情况下安装卷绕式过滤器。根据结构形式，膜片模块除了在过滤元件之间的通道或者在卷绕式过滤器的绕圈之间的通道之外必要时还具有设置在壳体的壁上的用于进料、滞留物和渗透物的接头。
在扁平过滤元件中，渗透物室通过两个单独的膜片或通过一个一体的膜片的两个部分面限定。在两个膜片或部分面之间设置多孔性的渗透物间隔件，渗透物间隔件一方面作为敏感的膜片的支承结构，膜片两侧的直至100巴的压差作用在膜片上；另一方面提供通道，渗透物通过这些通道沿着膜片/分块的内侧流走。在具有多个扁平过滤元件的膜片模块中，渗透物室由所有扁平过滤元件的渗透物室的总体组成。
在扁平过滤模块中，许多平坦的扁平过滤元件彼此平行地成叠地设置。在每两个相邻的扁平过滤元件之间设置间隔件，所述间隔件保持通道畅通，进料和滞留物可以通过通道流入和流走。间隔件例如包括由聚合物材料制成的垫片，这些垫片设置在每两个相邻的扁平过滤元件的边缘区域或棱边、尤其是角部之间。取而代之，可以使用配备等距的槽的框架或壳体，所述槽用于接纳扁平过滤元件的边缘。
具有扁平过滤模块的过滤装置的重要使用领域是用于废水处理的膜生物反应器（MBR）。在MBR方法中，废水在多个步骤中经过物理、化学和生物处理，直到废水到达膜片。通过机械－物理的预处理，废水被排除颗粒、纤维和粗大物质。在粗过滤时通过耙子和筛子去除可能造成膜片损伤的大颗粒。在MBR方法中，通常使用0.05～3mm大小范围内的细筛用于预过滤。另外，废水通过除沙槽和除脂槽被除去重颗粒（例如沙子）以及油和脂。
在另一方法步骤中生物和化学处理废水。在活性池中有带微生物的泥浆（生物物质），这些微生物用酶转化和消除高分子的有机的有害物质。在用酶转化之后剩余的材料被微生物用于形成细胞或者在消耗氧气的情况下产生能量。引起的氧气消耗能通过充足的氧气输入被满足，所以活性池设有加气装置。该方法功能的前提条件是在***中保留生物物质。因此，生物物质通过膜片过滤与已净化的废水隔开并且引回到活性池中。增长的活性泥浆作为过量泥浆被除去。在生物物质与水分离之前，进行其它化学处理。在此，与过滤级相结合，通常使用不同的沉淀剂和凝结剂例如氯化铁或者用于去除胶态的和部分溶解的液体内含物质的聚合物。
MBR设备的重要优点是无固体的过程。这意味着，在膜片活性设备的过程中没有细菌，并且通过吸附效应可能甚至去除病毒。有机的残余污物因此被显著减少。欧洲沐浴水域准则（75/160/EWG，1975）的卫生相关的指导值通过MBR遵守。另外，无固体的过程不仅在公共领域而且在工业领域具有废水再使用的巨大潜力。在此通过水再循环直至水循环结束可以达到高的水节约。另一优点在于，该方法由于可调节的高的TS含量以及取消后续净化处理池仅有小的空间需求。由于与沉淀行为无关，活性泥浆浓度（生物物质浓度，表示为TS干燥物料）可以相对于传统方法提高。膜生物反应器通常用8～15g/l的TS浓度工作。与传统的活性方法相比可以减小膜生物反应器的反应体积，因此能够实现较高的处理能力。
在废水净化领域上使用膜片过滤器时的问题在于所谓的“膜片污垢”，其产生是因为在膜片上构成附着层，所述附着层降低要被清洁的液体的流量。
现有技术已知许多有扁平过滤模块和气体推顶***的过滤装置。
EP1445240说明一种膜生物反应器，其包括循环运行的加气***。该反应器包括填充有进料的、具有一个或多个膜片模块的箱体，所述膜片模块必要时具有垂直地且彼此间隔开地设置的扁平过滤元件构成的扁平过滤模块。借助于循环运行的加气***给进料输入空气。加气***具有加气喷嘴，它们在箱体中设置在扁平过滤模块下方。
在现有技术中已知的过滤装置的若干缺点在于：
-为达到良好过滤效率，需要一定进料体积，该进料体积至少为过滤装置的过滤模块的自由的进流区体积的双倍；与之相应，过滤装置的空间需求或面积需求大致等于它们的基面的双倍；
-为了产生足够强的贯流式流动，翻转大的液体体积，使得在持续的过滤操作中需要可观的能量；
-借助于粒料就地机械清洁过滤膜片是困难的，因为显著的一部分粒料通过贯流式流动沉淀在将过滤装置包围的净化池/过滤箱体中，和/或从其中流走并长期损害下游的泵。
发明内容
本发明的目的在于，克服上述缺点，实现一种具有提高的过滤效率和减小的能量需求和空间需求的过滤装置。本发明的目标尤其是在于，降低一个或多个用于产生贯流式流动的气体推顶***的能量需求。另外应提供一种过滤装置，其中，过滤膜片的表面在进行过滤操作期间就地被清洁并且渗透物流量保持高水平。
上述目的通过一种用于微过滤、超过滤或纳米过滤的装置达到，该装置包括一个或多个由平行地并且彼此间隔开地设置的扁平过滤元件构成的扁平过滤模块以及包括一个或多个气体推顶***的气体喷射器，所述气体推顶***用于产生循环的、与扁平过滤元件的表面相切地定向的贯流式流动，所述贯流式流动包括至少一个上升区域和至少一个下降区域，在所述上升区域中贯流式流动基本上垂直向上地流动，在下降区域中贯流式流动基本上垂直向下地流动，并且上升区域经过所述至少一个扁平过滤模块的进流区体积的10～100％，并且下降区域经过所述至少一个扁平过滤模块的进流区体积的10～100％。
本发明装置的进一步方案的特征在于：
-上升区域经过扁平过滤模块的进流区体积的10～80％、优选30～60％、尤其是45～55％，且下降区域经过扁平过滤模块的进流区体积的90～20％、优选70～40％、尤其是55～45％；
-一个气体顶推***的气体喷射器的气体出口为了排出气体例如空气而设置在所述至少一个扁平过滤模块下方，并且气体出口的垂直投射线经过所述至少一个扁平过滤模块的水平横截面积AF的10～80％、优选30～60％、尤其是45～55％；
-另一个气体顶推***的气体喷射器的气体出口为了排出气体例如空气而设置在所述至少一个扁平过滤模块下方，并且气体出口的垂直投射线经过所述至少一个扁平过滤模块的水平横截面积AF的90～20％、优选70～40％、尤其是55～45％；
-所述装置包括m个扁平过滤模块，其中n个扁平过滤模块配备一个气体推顶***的气体喷射器，m和n为自然数，m≥2且m＞n≥1，气体喷射器配备气体出口，并且气体出口的垂直投射线经过所述n个扁平过滤模块中的每一个的水平横截面积AF的10～100％、优选30～60％、尤其是45～55％；
-(m－n)个扁平过滤模块配备另一气体推顶***的气体喷射器，气体喷射器配备气体出口，并且气体出口的垂直投射线经过所述(m－n)个扁平过滤模块中的每一个的水平横截面积AF的10～100％、优选30～60％、尤其是45～55％；
-所述装置的壳体具有多个侧壁以及可能具有一个底壁；
-所述壳体具有用于输入进料的至少一个输入引导部和用于排出进料和/或滞留物的至少一个排出引导部；
-所述至少一个排出引导部构成为虹吸管式的，使得从壳体内部通过排出引导部朝外流动的进料和/或滞留物在垂直向上的方向上流过至少一个分路段；
-所述至少一个排出引导部设置在侧壁的上三分之一中，并且优选包括用于在壳体内部阻止固体的隔板；
-所述至少一个排出引导部设置在底壁中，并且优选包括用于在壳体内部阻止固体的罩子；
-所述至少一个输入引导部构成为虹吸管式的，使得从外部通过输入引导部流入壳体内部的进料在垂直向下的方向下流过至少一个分路段；
-所述装置包括底架；
-所述壳体包含用于清洁扁平过滤元件表面的粒料，尤其是粒料包括由密度为1.0～1.5kg/dm3的聚合物材料制成的颗粒。
在本发明的意义上，概念“扁平过滤模块”表示一个单个的扁平过滤元件或一叠平行地并且彼此间隔开地设置的扁平过滤元件。本发明的扁平过滤模块配备一个封闭的或一个单侧或多侧敞开的壳体或框架，在所述壳体或框架中安装扁平过滤元件。另外设置没有框架的扁平过滤模块，其中，相邻的扁平过滤元件分别通过一个连接的渗透物管线和/或通过间隔件机械地联接。间隔件优选构成为圆柱形的或矩形的、由聚合物材料制成的间隔块，并且设置在两个相邻的扁平过滤元件的边缘区域中、尤其是设置在角部上。适宜的是，间隔件借助于夹子或粘接连接与扁平过滤元件联接。壳体、框架或间隔件使得扁平过滤模块具有机械稳定性并且在拉力或压力载荷时保护扁平过滤元件的敏感的膜片防止形成裂纹。
按本发明，概念“进流区体积”表示扁平过滤模块的自由的即能被液体流过的体积部分。进流区体积的大小等于扁平过滤元件的数量和面积与每两个相邻的扁平过滤元件之间的间距的乘积，满足数学关系：进流区体积＝数量×面积×间距。在此对于扁平过滤模块的两个外部的扁平过滤元件设定自由的体积部分的大小为面积×间距/2。进流区体积的大小大致等于扁平过滤模块的外部体积减去扁平过滤元件的数量、面积和厚度的乘积。
概念“上升区域”和“下降区域”表示扁平过滤元件的进流区体积的预定的部分体积，上升区域借助于一个或多个气体推顶***的气体喷射器被施加气体例如空气。作为气体推顶***优选使用大型泵。在现有技术中，大型泵尤其是常常用于翻转具有固体内容物的液体、尤其是净化设备中的活性泥浆。
在气体推顶***例如大型泵中，通过输送气体局部地吹入要被输送的液体，产生向上定向的流动。为了吹入气体，气体推顶***包括一个或多个构成为空心体、尤其是构成为管的气体喷射器，气体喷射器具有一个或多个优选面状设置的气体出口或者气体喷嘴。通过吹入的气体，液体密度局部减小，基于阿基米德原理产生与重力相反的即朝上定向的升力。作为输送气体优选使用空气，该空气借助于压力发生装置例如鼓风机、压缩机或类似物在小压力下吹入液体中。气体推顶***通常包括管道或者上升管线，其具有下面的吸气开口和上面的排出开口。排出开口朝周围环境加气，使得在吸气开口与排出开口之间吹入液体中的输送气体可以逸出。上升管线将朝上输送液体的输送区域或者上升区域与周围的液体体积划界。但为了应用阿基米德原理，上升管线不是必然需要的。为了在净化池中翻转液体、尤其是活性泥浆或进料，通常使用没有上升管线的气体推顶***。此时在净化池内的预定位置上将空气吹入活性的泥浆或者进料中，在处于吹入位置上方的液体体积中构成具有向上流动的液体的上升区域。上升区域的横截面或者横向尺寸通过相应地横向布置气体推顶***的气体喷射器的气体出口或气体喷嘴来确定。吹入上升区域中的输送气体一直上升到液体表面并排出到大气中，靠近表面的液体的密度又上升到其正常值。在包围上升区域的体积中，液体向下下沉，以便补偿在上升区域中向上输送的液体。被向下流动的或者下沉的液体经过的体积另外称为下降区域。除了流动方向之外，上升区域中的液体体积与下降区域中的液体体积的区别还在于提高的气泡含量。
为了向一部分扁平过滤模块的气体喷射器与其它扁平过滤模块无关地供给气体，使用两个气体推顶***或者压力发生装置如鼓风机或压缩机。另外在本发明的范围内建议，扁平过滤模块的气体供给借助于可单独调节的阀接通和断开。为此，可调节的阀设置在气体推顶***的输入引导部中或也设置在扁平过滤模块中。在使用可调节的双路阀时，可以放弃使用另一鼓风机或压缩机。通过一个鼓风机或压缩机，根据阀位置，可以给第一部分扁平过滤模块施加气体，而第二部分与气体供给断开。在双路阀切换之后，第二部分扁平过滤模块被供给气体，而第一部分与气体供给断开。与之相应地，第一和第二部分扁平过滤模块能被交替地施加气体。
另外建议一种方法，用于借助于装置微过滤、超过滤或纳米过滤液体，该装置包括一个或多个由平行地并且彼此间隔开地设置的扁平过滤元件构成的扁平过滤模块以及包括一个或多个气体推顶***的气体喷射器，其中，产生循环的、与扁平过滤元件的表面相切地定向的贯流式流动，所述贯流式流动包括至少一个上升区域和至少一个下降区域，贯流式流动在上升区域中基本上垂直向上流动，贯流式流动在下降区域中基本上垂直向下流动，上升区域经过所述至少一个扁平过滤模块的进流区体积的10～100％并且下降区域经过所述至少一个扁平过滤模块的进流区体积的10～100％。
附图说明
下面参考附图详细说明本发明。附图如下：
图1具有多个相互连接的过滤装置的净化池；
图2已知的过滤装置；
图3按本发明的第一过滤装置；
图4～5图3的过滤装置的透视局部图；
图6～8过滤装置的按本发明的其它实施形式；
图9用于进料和滞留物的输入引导部和排出引导部；
图10具有多个扁平过滤模块的过滤装置，其中一部分扁平过滤模块配备气体喷射器；
图11具有多个能被交替喷入气体的扁平过滤模块的过滤装置。
具体实施方式
图1示意性显示填充有活性的泥浆或者说进料2的净化池1的俯视图，该净化池包括多个通过渗透物管线6相互连接的过滤装置3，这些过滤装置分别包含一个或多个叠状的由扁平过滤元件5构成的扁平过滤模块4。每个扁平过滤元件5的渗透物室与渗透物管线6之一连接，使得渗透物可以从渗透物室经由渗透物管线6流走，并且如通过方向箭头7所示的，能导出。在现有技术中常用的过滤装置3典型地具有箱形的、在底侧和顶侧敞开的、用作为扁平过滤模块4支承结构的框架。该框架可以构成为具有1～4个侧壁的壳体。图2显示一种已知的过滤装置3的剖视图，其包括一个扁平过滤模块4，该扁平过滤模块包括扁平过滤元件5和侧壁300。在每两个扁平过滤元件5之间的距离用D表示。在扁平过滤模块4下方设置气体推顶***的气体喷射器100。气体喷射器100经由未描述的管线与鼓风机或压缩机连接，通过鼓风机或压缩机以小压力和预定的输送量（m3/h）输入气体、尤其是空气。气体喷射器100在其朝扁平过滤元件5的顶侧上配备气体出口，气体以气泡110的形式通过气体出口排出到活性的泥浆或者说进料2中。进料2的局部密度通过气泡110被减小，因此其按阿基米德原理被排挤或者说受到垂直向上定向的升力。结果形成连续的垂直向上和与扁平过滤元件5的表面相切地定向的贯流式流动，该贯流式流动在图2中通过方向箭头200表示。向上流动的进料2通过“新鲜的”或多或少无气体的进料2补偿，后者从气体喷射器100下方的区域补充流入。与之相应地形成由向上定向的贯流部分200和向下定向的回流210构成的循环流。在现有技术中，气体喷射器100或者说气体出口设置在扁平过滤模块4下方，使得向上定向的贯流式流动200经过扁平过滤模块4的进流区体积，而向下定向的回流210在外部即在包围过滤装置3的进料2中定位。扁平过滤模块4的进流区体积的大小由以下乘积得到：（扁平过滤元件5的数量）×（一个扁平过滤元件5的面积）×（每两个相邻的扁平过滤元件5之间的间距D），该进流区体积用作为气体推顶***的上升区域。与之相应，包围过滤装置3的体积区域作为气体推顶***的下降区域。下降区域在图1的俯视图中通过阴影面积8表示。通常净化池1或者各过滤装置3如此彼此相对设计，使得所有扁平过滤模块4的通行体积的总和大致等于包含在净化池1中的进料体积2的一半。如果大致遵守这种体积比例，则在贯流再循环200、210中的进料2以比例1:1翻转。这一情况在图1中按比例表示，其中，面积8大致等于一个扁平过滤模块4的横截面积，并且所有扁平过滤模块4的横截面积的总和等于净化池1的横截面积的包围扁平过滤模块的面积8。
图3显示本发明的第一过滤装置10，该过滤装置包括具有侧壁11的壳体、具有扁平过滤元件5的过滤模块4以及气体喷射器13，这些气体喷射器连接在气体推顶***上。在图3中未显示气体推顶***的压力发生装置和从压力发生装置到气体喷射器13的供给管线，以使得附图保持清晰，压力发生装置优选是鼓风机。按本发明设定，一个或多个过滤装置被一个或多个、尤其是两个压力发生装置供给。与之相应地，本发明一方面涉及的过滤装置包括气体喷射器13和用于将气体喷射器13与一个或多个压力发生装置连接的接头；另一方面涉及的过滤装置除了气体喷射器13之外还具有一个专门的压力发生装置。
在图3中在每两个相邻的扁平过滤元件5之间的间距用D表示。过滤装置10与已知装置的区别在于，循环的贯流式流动50、60基本上限制于过滤装置10的内部体积，气体推顶***10的上升区域经过扁平过滤模块4的进流区体积的10～80%，并且气体推顶***90的下降区域经过扁平过滤模块4的进流区体积的90～20%。
此外，图3显示用虚线画出的可选的气体喷射器13′，它们能连接在另一气体推顶***上并且能与气体喷射器13无关地被供给气体。气体喷射器13和13′用于交替地运行，该运行允许循环的贯流式流动50、60的方向颠倒。在使用粒料来机械地清洁膜片表面时，循环的贯流式流动50、60的方向颠倒是有利的。这种粒料优选由密度在1.0～1.5km/dm3范围内的聚合物颗粒构成，这种粒料被循环的贯流式流动50、60携带，此时它们柔和地研磨式地去除在膜片表面上连续形成的污垢附着层。由于作用在粒料颗粒上的重力，粒料颗粒相对于膜片表面的速度在上升区域和下降区域即在向上流动的和向下流动的贯流式流动中明显彼此不同。与之相应，它们的清洁作用也不同。在下降区域中较高的粒料颗粒相对速度更有效地去除污垢附着层。通过按规定的时间间隔使循环的贯流式流动50、60的方向颠倒，在过滤装置的整个进流区体积上保证膜片表面的均匀清洁。
图4显示过滤装置10的透视局部图。气体喷射器13在其朝向过滤模块4的顶侧上具有气体出口14。气体出口14的垂直投射线140经过扁平过滤模块4的进流区体积的确定的区域。每个垂直投射线140对应于气泡的“理想”路径，所述气泡从气体出口14之一无侧向偏转地朝扁平过滤模块4上升。由于在液体2中的涡流，每个上升气泡的实际路径偏离于垂直投射线。由于每个上升气泡的随机的统计学正态分布的侧向偏转（随机游动），从一个气体出口14排出的各气泡的路径的总体形成一个关于相应的垂直投射线140旋转对称的圆锥形空间（气泡圆锥），相应的气体出口14构成该圆锥型空间的起点或者说顶点。按本发明优选如此构成气体喷射器13，使得气体喷射器气体出口14设置在水平定向的相互连在一起的面积区域中，而在横向上彼此均匀地间隔开。相邻气体出口14的横向间距为0.2～50mm，使得所属的气泡圆锥在1～10cm的上升行程之后重叠或者说合并。这一情况按本发明以概念“经过预定大小的水平设置的面积的垂直投射线”表示。
在图5中示意性描述气体出口14的面状布置。据此，气体出口14设置在两个相同大小的面积中，它们分别具有长度B和宽度G。由气体出口14供给气体的面积因此大小为2×B×G。另外在图5中显示具有长度A和宽度F的扁平过滤模块4的水平横截面积AF，横截面积AF仅通过小的阴影的部分表面表示，以便不遮挡图5的其它部分的透视观察。按本发明，被气体出口14的垂直投射线140经过的横截面积AF的份额为10～80％、优选30～60％、尤其是45～55％。按照在图5中所示的布置，这些条件满足以下数学关系式：
0.1×A×F≤2×B×G≤0.8×A×F，并且尤其是
0.3×A×F≤2×B×G≤0.6×A×F。
一般而言，气体出口14能以任意方式布置，使得它们的垂直投射线140经过任意外形的一个连在一起的部分面或多个、例如2～4个彼此分开的部分面。但是按本发明优选在图3～5中所示的对称的配置，其包括设置在扁平过滤模块4左侧和右侧的下方的两个矩形部分面。
适宜的是，气体喷射器13具有在现有技术中常见的结构方式，并且包括管道或者说管线，它们的壁具有无数的开口并且它们的外侧被弹性的、不透液体的、具有细小缝隙的膜片包套。弹性膜片如此预紧，使得用作为气体出口14的细小缝隙像单路阀一样作用。只要气体喷射器13中的气压并因此在弹性膜片内侧上的气压超过周围液体的流体静力的压力，则气体挤压穿过缝隙并以细小气泡的形式排出到周围液体中。如果在气体喷射器13中的气压低于周围液体的流体静力的压力，则膜片中的缝隙关闭，使得没有气体会排出并且没有液体可以进入气体喷射器13中。
如在图3中通过方向箭头80表示的，在包围过滤装置10的液体体积2中构成支路循环。产生支路循环80，一方面是因为从扁平过滤元件5流走的渗透物通过进料或者说周围液体2的补偿，另一方面是因为一部分循环的贯流式流动50、60与包围过滤装置10的液体体积2相互作用。
按本发明如此构成过滤装置的气体推顶***，使其适用于在活性的泥浆或者说进料2中在每平米的扁平过滤元件膜片表面上每个小时排出0.1～0.5m3的气体流。为此气体推顶***的压力发生装置例如鼓风机或压缩机配备可调节的驱动装置，其允许控制每单位时间输送的气体量（m3/h）并且将其调节到对于一个或多个本发明的过滤装置的整个膜片表面所需的数值。另外如此设计压力发生单元，使其即使在高的输送速率的情况下也产生在气体喷射器上为排出气体所需的压力，以便克服进料2的流体静力的压力和气体出口的打开阻力。
在运行时不同液体在过滤装置中转化的体积流大致有以下关系：
(i)再循环的贯流＝（100～300）×渗透物流
(ii)进料入流＝（4～6）×渗透物流
关系(i)说明，每单位时间流过扁平过滤模块的贯流的体积，即在上升和下降区域中向上流动和向下流动的或者说再循环的进料的体积是从扁平过滤模块导出的渗透物体积的100～300倍。与之类似地，关系(ii)说明，每单位时间输入的新鲜的进料的体积是渗透物体积的4～5倍。另外按照质量守恒满足以下关系：
(iii)进料体积＝滞留物体积＋渗透物体积
在此需要注意，由于扁平过滤模块以及在（开放的）循环中引导的贯流的结构方式，进料流和滞留物流连续地混合，实际上不能分开。
在图6中描述本发明的过滤装置10′的另一实施例，其基于在图3～5中所示的结构原理，上升区域经过扁平过滤模块4的进流区体积的10～80％、优选30～60％、尤其是45～55％，并且下降区域经过扁平过滤模块4的进流区体积的90～20％、优选70～40％、尤其是55～45％。上升区域的特点在于，在扁平过滤模块4的扁平过滤元件5下方设置具有气体出口的气体喷射器13。过滤装置10′包括具有四个基本上封闭的侧壁11的壳体，并且在顶侧配备隔板17，隔板限定用于进料和/或滞留物的排出引导部16。隔板17防止固体例如可选使用的用于清洁扁平过滤元件5表面的粒料从过滤装置10′的内室被冲出。可选使用的粒料的密度大于水的密度，水的密度为1kg/dm3。与之相应，在液体2中的粒料颗粒仅在贯流式流动50、60的上升区域中悬浮或者被向上携带。在贯流式流动50、60的转向点上的液体表面附近，粒料颗粒被向下携带或者由于重力向下下沉。隔板17优选在图6所示的方式中构成为扁平的水平设置的壁元件，隔板对于粒料颗粒构成实际上不可逾越的障碍。在过滤装置10′的底部区域中设置气体喷射器13。在气体喷射器13下方设置的底壁12具有用于进料的输入引导部或者通道15。优选过滤装置10′包括底架18，该底架放置在用于要被净化的液体2的容器的底部400上并且确定气体喷射器13和扁平过滤模块4在液体2中的垂直位置。图6的其它附图标记与此前结合附图3解释的附图标记具有相同意义。
图7显示本发明过滤装置20的另一实施例。过滤装置20的壳体具有四个基本上封闭的侧壁21和一个底壁22。过滤装置20优选如此设置在要被过滤的液体2中，使得侧壁21的上边缘伸出于要被过滤的液体2的表面，并且过滤装置20的内部体积相对于周围的液体体积2基本上封闭。为了允许能定量地调节与环境的液体交换，设置至少一个输入引导部25和至少一个排出引导部26，它们分别设置在一个或多个侧壁21中。优选所述至少一个输入引导部25在过滤装置20的下三分之一中大致设置在气体推顶***的气体喷射器13的高度上。相反，排出引导部26优选在过滤装置20的上三分之一中设置在液体2的表面下方且在表面附近。每单位时间通过输入引导部25进入过滤装置内部的体积至少等于作为渗透物从扁平过滤模块4导出的液体量。此外构成支流循环80，其流动强度相关于内部的贯流式流动50、60的强度以及输入引导部25和排出引导部26几何结构和布置、尤其是输入引导部和排出引导部的内部横截面。支流循环80确定每单位时间在过滤装置20内部与周围液体2之间交换的液体体积。通过相应设计输入引导部25和排出引导部26的内部横截面，可以调节该交换体积。
为了避免从过滤装置20的内室排出固体、尤其是用于清洁扁平过滤元件5的表面的粒料，排出引导部26配备隔板27。如已结合图6解释的，制成粒料颗粒的材料的密度大于水的密度。与之相应，在液体2中的粒料颗粒仅在贯流式流动50、60的上升区域中悬浮或者被向上携带。在贯流式流动50、60的转向点上的液体表面附近，粒料颗粒被向下携带或者由于重力向下下沉。因此借助于隔板27有效地阻止粒料颗粒排出到排出引导部26中，该隔板优选在图7所示的方式中构成为凹形元件，该凹形元件包围排出引导部26穿过壁21的通道并且具有上边缘，该上边缘设置在排出引导部26的通道上方。
图8显示本发明的过滤装置30的另一实施例。过滤装置30的壳体具有四个基本上封闭的侧壁31和一个底壁32。过滤装置30优选如此设置在要被过滤的液体2中，使得侧壁31的上边缘伸出于要被过滤的液体2的表面，并且过滤装置30的内部体积相对于周围的液体体积2基本上封闭。为了允许能定量地调节与环境的液体交换，设置至少一个输入引导部35和至少一个排出引导部36。优选所述至少一个输入引导部36优选构成为管形的，其具有在液体2的表面附近的入口和在侧壁31之一的下三分之一中靠近气体推顶***的气体喷射器13的通道。排出引导部36设置在底壁32中。排出引导部36适宜地构成为虹吸管式的，使得从过滤装置30内部通过排出引导部36朝外流动的进料和/或滞留物沿垂直方向向上流动至少一个分路段。排出引导部36尤其是包括用于阻止粒料的罩子37，使得粒料不从过滤装置30排出。
也适宜的是，过滤装置10、20和30类似于图6所示的过滤装置10′配备底架18。
在图3～8中描述的气体喷射器13构成为管形的，每个气体喷射器13的纵轴线基本上在水平平面中且在平行于扁平过滤元件5下棱边的方向上定向。按本发明也可不同于图3～8的示例性的实施方式设置这样的过滤装置，其中，每个气体喷射器13的纵轴线基本上在水平平面中且在垂直于扁平过滤元件5下棱边的方向上定向。
在图9中描述用于进料和滞留物的输入引导部和排出引导部的按本发明的其它实施例。
在图9(a)中描述构成为虹吸管形式的管形的输入引导部250，该输入引导部设置在以图7所示的方式的过滤装置的侧壁21的下三分之一中。从周围液体体积到过滤装置内部的流动通过方向箭头81表示。
在图9(b)中描述构成为虹吸管形式的管形的排出引导部260，该排出引导部设置在类似于图7构成的过滤装置的侧壁21的上三分之一中。从过滤装置内部到周围液体体积的流动通过方向箭头82表示。
在图9(c)中描述构成为虹吸管形式的管形的排出引导部360，该排出引导部设置在按图8的方式的过滤装置的底壁32中。从过滤装置内部到周围液体体积的流动通过方向箭头83表示。
除图9所示实施例之外，按本发明还设置用于进料和滞留物的输入引导部和排出引导部的其它构造，其中，穿过过滤装置的侧壁或底壁的通道被具有四个壁的阻止箱包围，使得从过滤装置内部朝外向周围液体体积流动的液体经过在与重力相反的方向上的垂直的分路段。
图10和11显示其它的过滤装置40和41，它们以特别适宜的方式体现本发明的构思。过滤装置40包括m个扁平过滤模块4、4′，其中n个扁平过滤模块4配备气体推顶***的气体喷射器13。字母m和n表示自然数，它们满足以下条件：
(a)m≥2，并且
(b)m＞n≥1。
与扁平过滤模块4相反，剩余的(m－n)个扁平过滤模块4′没有气体喷射器。通过气体喷射器13将气体例如空气喷入到扁平过滤模块4中，使得在这些扁平过滤模块中构成向上定向的贯流式流动70，这些贯流式流动本身在相邻的扁平过滤模块4′中诱导向下定向的贯流式流动71。气体喷射器13配备气体出口14，这些气体出口的垂直投射线经过n个扁平过滤模块4中的每一个扁平过滤模块的水平横截面积AF的10～100％、优选30～60％、尤其是45～55％。
在图11描述的过滤装置41中，(m－n)个扁平过滤模块4′与另一气体推顶***的气体喷射器13′连接。这种布置允许交替地借助于气体喷射器13和13′将气体喷入到扁平过滤模块4或4′中。与之相应，可以交替地在扁平过滤模块4或扁平过滤模块4′中产生向上定向的贯流式流动70或向下定向的贯流式流动71。
在图10和11中，扁平过滤模块4和4′彼此间隔开，以便清楚表示装置40和41的模块化结构。但是按本发明优选这样的实施方式，其中，扁平过滤模块4和4′紧靠地即没有中间间隔地设置。因此减小装置40、41的空间需求，并且向下流动的贯流式流动71朝相应为之设置的扁平过滤模块汇聚。
优选在过滤装置40和41中每一个扁平过滤模块4和一个扁平过滤模块4′并立地设置。为此适宜的是，扁平过滤元件4和4′的数量相等，即m＝2×n。例如扁平过滤模块4和4′在彼此并立的列中设置，其中，一列扁平过滤元件4和与之相邻的一列扁平过滤元件4′组合在一起。另外设定如此的布置，其中，一个扁平过滤模块4或4′在其四侧被四个扁平过滤模块4′或4包围（棋盘式布置）。
在本发明的其它有利的实施方式中，过滤装置10′、20、30、40、41包含粒料，所述粒料随贯流式流动50、60在过滤装置10′、20、30、40、41内部循环并且机械地去除粘附在扁平过滤元件5的表面上的残渣、尤其是生物的污垢层（膜片污垢）。
粒料包括由密度为1.0～1.5kg/dm3、优选1.0～1.3kg/dm3、尤其是1.0～1.1kg/dm3的聚合物材料制成的非多孔性的颗粒。该聚合物材料选自以下组中：包含矿物颗粒的聚丙烯、聚碳酸酯混合物、热塑性聚氨酯弹性体、聚甲基丙烯酸甲酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚甲醛、聚乙烯和聚氯乙烯。粒料颗粒具有小于5mm、尤其是1.5～3.5mm的平均直径。颗粒由相应聚合物材料借助于已知的粒料方法制造。例如可能混有填料的有关聚合物或共聚物的粉末被塑化并通过喷嘴喷出到沉淀池中。在此产生基本上球形的、棱柱形的或圆柱形的聚合物颗粒，在聚合物颗粒中可能嵌入填料。产生的聚合物颗粒接着被筛选和干燥。颗粒的大小和表面特性可以通过喷嘴开口的直径、压力、沉淀池的组分以及工艺温度在宽的范围内调节。按本发明，颗粒的表面具有小于40μ、优选小于30μ、尤其是小于20μ的平均粗糙度Rtm。颗粒的平均粗糙度Rtm按照标准DIN EN ISO 4287确定。为了实施测量，首先从至少12个颗粒借助于型砂得到半侧的印痕。作为型砂或者说印模料，使用基于硅树脂的精确仿形材料，例如按标准DIN 13913A2、ISO 4823的高粘度的缩合交联的聚硅氧烷或者公司Wacker-Chemie GmbH的Elastosil M1470。在型砂硬化之后，在颗粒的半侧的凹形的印痕上借助于符合标准DIN EN ISO 3274的轮廓仪（例如Hommel Tester T4000）画出初级轮廓。为了得到尽可能长的测量行程，轮廓仪的测量尖端尽可能居中地通过颗粒的相应的印痕。球形的、棱柱形的或圆柱形的表面轮廓以及颗粒或者说在型砂中的相应印痕的可能存在的长波形的表面结构通过软件支持的按标准DIN EN ISO 11562的过滤从测量的初级轮廓中去除，以便得到粗糙度曲线及其总高度Rt（在最高顶点和最低谷底之间的最大高度）。最后平均粗糙度Rtm作为所述至少12个被仿形的颗粒的粗糙度的平均值被确定。
在过滤装置10′、20、30中的粒料关于液体体积的浓度为1～10kg/m3、尤其是3～5kg/m3。

Claims (15)

1.用于微过滤、超过滤或纳米过滤的装置（10、10′、20、30、40、41），其包括一个或多个由平行地且彼此间隔开地设置的扁平过滤元件（5）构成的扁平过滤模块（4、4′）以及包括一个或多个气体推顶***的气体喷射器（13、13′），所述气体推顶***用于产生循环的、与扁平过滤元件（5）的表面相切地定向的贯流式流动（50、60、70、71），所述贯流式流动包括至少一个上升区域和至少一个下降区域，在所述上升区域中贯流式流动（50、60、70）基本上垂直向上地流动，在下降区域中贯流式流动（50、60、71）基本上垂直向下地流动，并且上升区域经过所述至少一个扁平过滤模块（4、4′）的进流区体积的10～100％，并且下降区域经过所述至少一个扁平过滤模块的进流区体积的10～100％。
2.根据权利要求1所述的装置（10、10′、20、30、40、41），其特征在于：所述上升区域经过扁平过滤模块（4、4′）的进流区体积的10～80％、优选30～60％、尤其是45～55％，并且下降区域经过扁平过滤模块的进流区体积的90～20％、优选70～40％、尤其是55～45％。
3.根据权利要求1或2所述的装置（10、10′、20、30），其特征在于：一个气体顶推***的气体喷射器（13）的气体出口（14）为了排出气体例如空气而设置在所述至少一个扁平过滤模块（4）下方，并且气体出口（14）的垂直投射线（140）经过所述至少一个扁平过滤模块（4）的水平横截面积AF的10～80％、优选30～60％、尤其是45～55％。
4.根据权利要求3所述的装置（10、10′、20、30），其特征在于：另一个气体顶推***的气体喷射器的气体出口（14）为了排出气体例如空气而设置在所述至少一个扁平过滤模块（4）下方，并且气体出口（14）的垂直投射线（140）经过所述至少一个扁平过滤模块（4）的水平横截面积AF的90～20％、优选70～40％、尤其是55～45％。
5.根据权利要求1或2所述的装置（40、41），其特征在于：所述装置包括m个扁平过滤模块（4、4′），其中n个扁平过滤模块（4）配备一个气体推顶***的气体喷射器（13），m和n为自然数，m≥2且m＞n≥1，气体喷射器（13）配备气体出口（14），并且气体出口（14）的垂直投射线（140）经过所述n个扁平过滤模块（4）中的每一个的水平横截面积AF的10～100％、优选30～60％、尤其是45～55％。
6.根据权利要求5所述的装置（41），其特征在于：(m－n)个扁平过滤模块（4′）配备另一气体推顶***的气体喷射器（13′），气体喷射器（13′）配备气体出口（14），并且气体出口（14）的垂直投射线（140）经过所述(m－n)个扁平过滤模块（4′）中的每一个的水平横截面积AF的10～100％、优选30～60％、尤其是45～55％。
7.根据权利要求1至6之一所述的装置（10、10′、20、30），其特征在于：所述装置具有壳体，所述壳体具有多个侧壁（11、21、31）以及可能具有一个底壁（12、22、32）。
8.根据权利要求1至7之一所述的装置（10′、20、30），其特征在于：所述壳体具有用于输入进料的至少一个输入引导部（15、25、35）和用于排出进料和/或滞留物的至少一个排出引导部（16、26、36）。
9.根据权利要求8所述的装置（20、30），其特征在于：所述至少一个排出引导部（26、36）构成为虹吸管式的，使得从壳体内部通过排出引导部（26、36）朝外流动的进料和/或滞留物在垂直向上的方向上流过至少一个分路段。
10.根据权利要求8或9所述的装置（20），其特征在于：所述至少一个排出引导部（26）设置在侧壁（21）的上三分之一中，并且优选包括用于在壳体内部阻止固体的隔板。
11.根据权利要求8或9所述的装置（30），其特征在于：所述至少一个排出引导部（36）设置在底壁（32）中，并且优选包括用于在壳体内部阻止固体的罩子（37）。
12.根据权利要求8至11之一所述的装置（20、30），其特征在于：所述至少一个输入引导部（25、35）构成为虹吸管式的，使得从外部通过输入引导部（25、35）流入壳体内部的进料在垂直向下的方向下流过至少一个分路段。
13.根据权利要求1至12之一所述的装置（10、10′、20、30），其特征在于：所述装置包括底架（18）。
14.根据权利要求7至13之一所述的装置（10′、20、30），其特征在于：在壳体内部包含用于清洁扁平过滤元件（5）的表面的粒料，尤其是粒料包括由密度为1.0～1.5kg/dm3的聚合物材料制成的颗粒。
15.用于借助于装置（10、10′、20、30、40、41）微过滤、超过滤或纳米过滤液体的方法，该装置包括一个或多个由平行地并且彼此间隔开地设置的扁平过滤元件（5）构成的扁平过滤模块（4、4′）以及包括一个或多个气体推顶***的气体喷射器（13、13′），其中，产生循环的、与扁平过滤元件（5）的表面相切地定向的贯流式流动（50、60、70、71），所述贯流式流动包括至少一个上升区域和至少一个下降区域，贯流式流动（50、60、70）在上升区域中基本上垂直向上流动，贯流式流动（50、60、71）在下降区域中基本上垂直向下流动，上升区域经过所述至少一个扁平过滤模块（4、4′）的进流区体积的10～100％并且下降区域经过所述至少一个扁平过滤模块的进流区体积的10～100％。
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