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TECHNISCHES GEBIET
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Ein Keramikmembranmodul mit extern angetriebener Verdichtung und zugehörige Verfahren.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Viele Gewässer enthalten Verunreinigungen, die für Menschen oder die Umwelt eine Gefährdung darstellen können oder die eine weitere Verarbeitung, wie etwa die Verdampfung oder Umkehrosmose, erschweren. Zur Beseitigung solcher Verunreinigungen werden im Allgemeinen Membranen. Membranelemente bestehen zumeist aus Kunststoff, Polymeren oder Keramik, die häufig in einem Gehäuse untergebracht sind, um das unter Druck stehende, zu behandelnde Fluid aufzunehmen. Die Kombination aus dem Element und dem Gehäuse wird als Membranmodul oder Modul bezeichnet. Solche Gehäuse verfügen auch über verschiedene Anschlüsse, die es ermöglichen, dass ein Feed in das Modul geleitet wird, dass das Filtrat nach der Verarbeitung durch die Membran abgeleitet wird und dass ebenfalls das Retentat abgeleitet wird.
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Keramikmembranen verfügen meist über einen mehrschichtigen Aufbau mit einer relativ hohen Permeabilitätsunterstützung und einer dünneren Trennschicht, welche die Separation ermöglicht, indem einige Bestandteile (üblicherweise Wasser und kleine gelöste Substanzen) hindurchfließen und andere zurückgehalten werden. Zur Vergrößerung der Oberfläche weist die Tragstruktur üblicherweise eine Reihe von Kanälen auf, die jeweils beschichtet sind. In einem Beispiel für die Verwendung der Membran wird der Feed in diese Kanäle geleitet, bevor er durch die Membran in die Tragstruktur gelangt. In anderen Beispielen ist eine Außenfläche mit der Beschichtung versehen und der Feed wird von außen eingeleitet und fließt nach innen in die Kanäle. Um zu verhindern, dass Feed von einem Ende direkt in den Träger gelangt, wird eine stirnseitige Dichtung verwendet, die den Transport durch die Enden verhindert. Zu den im Allgemeinen für die stirnseitigen Dichtungen verwendeten Materialien gehören Epoxide, Polyurethane, Elastomere, Glas oder andere geeignete Materialien. Im Vergleich zu den anderen Komponenten eines Keramikgehäuses ist diese stirnseitige Dichtung aufgrund ihrer Materialeigenschaften und der Tatsache, dass sich die stirnseitige Dichtung bei den bislang verwendeten Gehäusen am Ende des Gehäuses befindet und somit nicht als Schutz dienen kann, besonders anfällig für eine mechanische Beschädigung. Es besteht Bedarf nach einer Modulkonstruktion, die es ermöglicht, dass das Gehäuse als Schutz dient und/oder eine Pufferzone um die stirnseitige Dichtung herum bildet, um so die Lebensdauer und Unversehrtheit der Membran zu verbessern.
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Zudem sind Keramikmembranmodule üblicherweise schwer und erfordern eine mechanische Tragkonstruktion. Bei herkömmlichen Keramikgehäusen muss die Keramik im Gehäuse gestützt werden, damit die äußeren Endkappen, die an der Unterseite des Gehäuses befestigt werden, vor der Verwendung angebracht oder während der Betriebsdauer entfernt werden können, um Zugang zu der Keramik zu erlangen, z. B. um festzustellen, ob die stirnseitige Dichtung beschädigt worden ist. Dies erfordert ein Verfahren, bei dem das Gewicht der Keramik über dem Boden gestützt wird, was die Durchführung von Routineinspektionen schwierig macht. Erreicht werden kann dies, wenn das Element im Inneren des Gehäuse zurückversetzt ist. Dazu ist jedoch ein Verfahren erforderlich, bei dem das Vergussmaterial zum Versiegeln des Elements in dem Gehäuse so eingebracht wird, dass es nicht über das Ende des Moduls hinausläuft und die Kanäle blockiert. Es besteht Bedarf nach einem Verfahren, bei dem das Modul in dem Gehäuse positioniert und der Kanalbereich am Ende des Elements abgedichtet wird, damit das Vergussmaterial zur Befestigung des Elements im Gehäuse eingebracht werden kann, ohne dass die Kanäle blockiert werden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein Verfahren zur Herstellung eines Keramikmembranmodulsystems umfasst das Einbringen einer Membran in ein Gehäuse, wobei das Gehäuse ein erstes Gehäuseende und ein zweites Gehäuseende aufweist und die Membran im Inneren mit Kapillaren versehen ist, die sich von mindestens einem ersten Ende der Membran erstrecken. Die Membran ist mindestens von dem ersten oder dem zweiten Gehäuseende zurückversetzt.
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Das Verfahren umfasst zudem das Anbringen eines widerstandsfähigen Abstandsstücks nahe dem ersten Ende der Membran und das provisorische Abdichten der Kapillaren sowie das Anordnen mindestens einer Endplatte in dem Gehäuse nahe dem Abstandsstück, wobei die mindestens eine Endplatte mit einer entfernbaren Dichtung versehen ist.
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Das Verfahren umfasst weiterhin das Abdichten des ersten Gehäuseendes mit der entfernbaren Dichtung und das Herstellen einer Versiegelung, das Anlegen von Kraft an die entfernbare Dichtung mittels einer Druckplatte, das Einbringen des Vergussmaterials in das Gehäuse ohne ein Verstopfen der Kapillaren mit der Vergussmasse sowie das Entfernen der Endplatte und der Dichtung von dem Gehäuse.
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Diese und andere Ausgestaltungen, Aspekte, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden teilweise in der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert und werden auf diese Weise oder durch die praktische Anwendung für Fachleute offensichtlich. Die Aspekte, Vorteile und Merkmale der Erfindung werden mittels der in den angehängten Ansprüchen und ihren Äquivalenten aufgeführten Hilfsmittel, Verfahren und Kombinationen in die Praxis umgesetzt.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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1A ist eine Seitenansicht eines Systems, einschließlich einer teilweise explodierten Ansicht, gemäß einer oder mehreren Ausgestaltungen.
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1B ist eine Draufsicht eines Systems gemäß einer oder mehreren Ausgestaltungen.
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1C ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie 1C-1C gemäß einer oder mehreren Ausgestaltungen.
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1D ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie 1D-1D gemäß einer oder mehreren Ausgestaltungen.
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1E ist eine explodierte, vergrößerte Ansicht von 1D an 1E.
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1F ist eine vergrößerte Ansicht von 1C an 1F.
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2A ist eine Seitenansicht eines Systems gemäß einer oder mehreren Ausgestaltungen.
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2B ist eine Draufsicht eines Systems gemäß einer oder mehreren Ausgestaltungen.
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2C ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie 2C-2C gemäß einer oder mehreren Ausgestaltungen.
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2D ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie 2D-2D gemäß einer oder mehreren Ausgestaltungen.
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3A ist eine Seitenansicht eines Systems gemäß einer oder mehreren Ausgestaltungen.
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3B ist eine Draufsicht eines Systems gemäß einer oder mehreren Ausgestaltungen.
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3C ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie 3C-3C gemäß einer oder mehreren Ausgestaltungen.
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3D ist eine Querschnittsansicht entlang einer Linie 3D-3D gemäß einer oder mehreren Ausgestaltungen.
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4A ist eine Seitenansicht einer Filtrationsanordnung gemäß einer oder mehreren Ausgestaltungen.
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4B ist eine Endansicht einer Filtrationsanordnung gemäß einer oder mehreren Ausgestaltungen.
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4C ist eine Querschnittsansicht einer Filtrationsanordnung entlang einer Linie 4C-4C gemäß einer oder mehreren Ausgestaltungen.
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4D ist eine Querschnittsansicht einer Filtrationsanordnung entlang einer Linie 4D-4D gemäß einer oder mehreren Ausgestaltungen.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die folgende detaillierte Beschreibung enthält Verweise auf die Begleitzeichnungen, die Teil der detaillierten Beschreibung sind. Die Zeichnungen dienen der Veranschaulichung der speziellen Ausgestaltungen, in denen die Vorrichtungen verwendet werden können. Diese Ausgestaltungen, die hierin als „Beispiele” oder „Optionen” bezeichnet werden, sind ausreichend detailliert beschrieben, um Fachleuten zu ermöglichen, die vorliegenden Ausgestaltungen in die Praxis umzusetzen. Die Ausgestaltungen können miteinander kombiniert werden, es können andere Ausgestaltungen verwendet oder strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden, ohne dass dies über den Umfang der Erfindung hinausgeht. Die folgende detaillierte Beschreibung ist daher nicht einschränkend zu verstehen, und der Umfang der Erfindung wird durch die angehängten Ansprüche und ihre rechtlichen Äquivalente bestimmt.
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In diesem Dokument bezeichnen die Wörter „ein” oder „eine” eines oder mehr als eins, und das Wort „oder” bezeichnet, soweit nicht anders angegeben, ein nicht ausschließendes „oder”. Darüber hinaus dient die hierin verwendete, nicht anderweitig definierte Begrifflichkeit und Ausdrucksweise der Beschreibung und ist nicht einschränkend zu verstehen.
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Hierin werden eine äußere Rahmenanordnung sowie die zugehörigen Verfahren beschrieben, die für den teilweisen oder vollständigen Zusammenbau einer Filtrationsanordnung angewandt werden. Die Filtrationsanordnung mit einem Keramikmembransystem ist in den 4A, 4B und 4C dargestellt. Das System umfasst ein Keramikmembranmodul 110 mit einem Keramikmonolithen oder Vergusssegmenten, die einen Monolithen bilden, der von den Enden eines Gehäuses 120 zurückversetzt ist, wobei das Modul mittels einer Rahmenanordnung hergestellt wird. Die Segmente oder der Monolith der Keramikmembranen werden ausgerichtet und von den Enden des Gehäuses aus eingebracht und auf eine Weise vergossen, die es ermöglicht, dass das sich das Fluid in einer Mischzone mischt und gleichmäßig über die Stirnseite der Kapillare des Keramikmonolithen oder des Gussmonolithen verteilt.
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In einer oder mehreren Ausgestaltungen werden eine oder mehrere Membranen 118, wie z. B. Flachmembranen, in ein Gehäuse 120 eingebracht. Für das Gehäuse kann eine Vielzahl von Materialien verwendet werden. In einer oder mehreren Ausgestaltungen umfassen die Materialien u. a. Thermoplasten, FRP einschließlich ABS, Acetal, PPE-Harz, Nylon, PEEK, PET, PPSU, PEI, CPVC, PVC, PP, PE, PVDF, PTFE oder Kombinationen davon. Thermoplasten können zur Verbesserung der thermischen und mechanischen Festigkeit zudem Verstärkungsmaterialien, wie z. B. Kohlenstofffaser, Glas- oder Keramikpartikel oder -fasern, enthalten. Metalle, wie etwa Stahl, nichtrostender Stahl, Aluminium und Titan, können ebenfalls als Gehäusematerial verwendet werden. Zur Erhöhung der Stabilität der während des Betriebs verwendeten Fluide und Reinigungsmittel können die Metalle optional beschichtet oder modifiziert werden. In einer oder mehreren Ausgestaltungen enthält das Gehäusematerial faserverstärkte Kunststoffe (FRP), wie z. B. mit Duroplasten, wie etwa Epoxid, verstärkte Glasfaser oder Kohlefaser.
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In einer oder mehreren Ausgestaltungen umfasst das Gehäuse 120 Seitenanschlüsse 126. Diese Seitenanschlüsse dienen als Auslass für gereinigte Fluide und als eine Vorrichtung zur Reinigung der Membranfläche, indem das Filtrat unter Druck gesetzt und die Fließrichtung kurzzeitig umgekehrt wird. Das Material der Anschlüsse kann entsprechend der Anwendung sowie ihrer Temperatur und ihren chemischen Anforderungen gewählt werden; wie oben erwähnt, können für diese Anschlüsse unterschiedliche Metalle, Dichtungssysteme oder andere Gehäusematerialien verwendet werden.
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Für den teilweisen oder vollständigen Zusammenbau der Filtrationsanordnung wird eine äußere Rahmenanordnung verwendet, z. B. durch Ausrichten der Komponenten, Vor-Vergießen einer oder mehrerer Komponenten oder Vergießen der Komponenten. Mit der in den 1A–1F, 2A–2D und 3A–3D dargestellten Rahmenanordnung 200 wird ein praktisches Verfahren zur Montage und Befestigung einer Dichtung einer Keramikmembran und zur Versiegelung in einer monolithischen Anordnung bereitgestellt. Eine ähnliche Rahmenanordnung kann auch zum Vergießen des Keramikmonolithen in einer Gehäuseanordnung verwendet werden. Die Rahmenanordnung 200 und die zugehörigen Verfahren ermöglichen es, an den Membranenden einen gleichmäßigen Druck anzulegen und die Kanäle in den Membranen abzudichten. Dadurch wird verhindert, dass die Kanäle während der Herstellung des Membranmoduls und der Montage des Monolithen sowie beim Vergießen des Monolithen in dem Gehäuse verstopft werden.
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In einer oder mehreren Ausgestaltungen umfasst die Rahmenanordnung 200 einen äußeren Rahmen 210 und eine Befestigungsanordnung 260. Der äußere Rahmen 210 umfasst längliche Strukturelemente 212 und Querstreben 214. In einer oder mehreren Ausgestaltungen sind die länglichen Elemente 212 länger als die Filtrationsanordnung 100 bemessen. Es können zwei oder mehrere längliche Elemente 212 verwendet werden. In einer oder mehreren Ausgestaltungen sind drei längliche Elemente 212 in gleichmäßigen Abständen an dem Außenumfang der Filtrationsanordnung 100 angeordnet. Wie in 1A dargestellt, sind in einer oder mehreren Ausgestaltungen vier längliche Elemente 212 in gleichmäßigen Abständen an dem Außenumfang des Moduls 110 angeordnet.
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Die länglichen Elemente 212 und die Querstreben 214 bestehen aus starren Materialien, wie z. B. Stahl und Hartkunststoff. Die länglichen Elemente 212 und die Querstreben 214 werden miteinander verbunden, um einen starren Rahmen und Träger für die Filtrationsanordnung 100 oder die Unterkomponenten der Filtrationsanordnung 100 zu bilden.
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Die Befestigungsanordnung 260 umfasst zudem eine Kompressionsanordnung 240, wie z. B. Schrauben, Federnocken, Pneumatik- oder Hydraulikzylinder, Bälge, Kompressionsstangen 220. Die Befestigungsanordnung 260 umfasst weiterhin Treibscheiben 224, Befestigungselemente 222 sowie zwei oder mehrere Dichtkissen 242. In einer oder mehreren Ausgestaltungen sind die Kompressionsstangen 220 einzelne Elemente und von der Rahmenanordnung getrennt 200. In einer oder mehreren Ausgestaltungen sind die Kompressionsstangen 220 in die vertikalen Elemente integriert oder anderweitig Teil der Rahmenanordnung 260. In einer oder mehreren Ausgestaltungen haben die Kompressionsstangen 220 ein Außengewinde. Ebenso wie eine der Querstreben 214 werden die Kompressionsstangen 220 durch einen Abschnitt des Außenrahmens 210 hindurchgeführt. Wie in 3A und 3D dargestellt, stoßen die Enden der Kompressionsstangen 220 in einer oder mehreren Ausgestaltungen an die Treibscheibe 224 an, an die sie eine Kraft anlegen, wenn die Befestigungselemente 222 um die Kompressionsstangen 220 gedreht werden. In einer oder mehreren Ausgestaltungen sind die Kompressionsstangen durch die Treibscheibe 224 hindurchgeführt und in einer Weise verbunden, dass eine Druckkraft an die Treibscheibe 224 angelegt wird, beispielsweise wenn die Befestigungselemente angebracht werden.
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Wie in 2A–2C dargestellt, ist die Kompressionsanordnung 240, wie z. B. die Kompressionsstangen 220, in einer oder mehreren Ausgestaltungen an einem Ende des Außenrahmens 210 angeordnet. Die Kompressionsstangen 220 sind fixiert und sind mittels eines oder mehrerer Befestigungselemente 222 und einer Treibscheibe 224 an einem Außenabschnitt 248 des ersten Dichtkissens 244 befestigt. Die Komponenten der Filtrationsanordnung 100 sind in der Rahmenanordnung 200 auf dem ersten Dichtkissen 244 montiert. Die Filtrationsanordnung 100 ist direkt an einem Innenabschnitt 250 des ersten Dichtkissens 244 angeordnet.
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In einer oder mehreren Ausgestaltungen sind die Kompressionsstangen 220, wie in 3A–3C dargestellt, an beiden Endabschnitten des Außenrahmens 210 angeordnet. Beispielsweise ist an der Filtrationsanordnung 100 ein zweites Dichtkissen 246 angeordnet, wobei ein Innenabschnitt 250 des zweiten Dichtkissens 246 direkten Kontakt mit einem Endabschnitt der Filtrationsanordnung 100 hat. An einem Außenabschnitt des zweiten Dichtkissens 246 ist eine Treibscheibe 224 vorgesehen. In einer oder mehreren Ausgestaltungen sind die Kompressionsstangen 220 durch die Treibscheibe 224 hindurchgeführt und mittels eines oder mehrerer Befestigungselemente 222 an einem Außenabschnitt 248 der Treibscheibe 224 befestigt. In einer oder mehreren Ausgestaltungen stoßen die Kompressionsstangen 220 direkt an die Treibscheibe 224 an, an die sie eine Kraft anlegen.
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In einer oder mehreren Ausgestaltungen dienen das eine oder die mehreren Befestigungselemente 222 in Verbindung mit dem Außenrahmen 210 und den Kompressionsstangen 220 dazu, die Treibscheibe 224 und das Dichtkissen 242 gegen die Endabschnitte der Membran zu drücken, so dass das Dichtkissen 242 die Kanäle in der Membran abdichtet und verhindert, dass Vergussmaterial in die Kanäle gelangt. In einer oder mehreren Ausgestaltungen kann die Druckkraft der Kompressionsstangen mittels Hydraulik- oder Pneumatikzylindern erzeugt werden.
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Die Rahmenanordnung 200 wird in Verbindung mit der Kompressionsanordnung verwendet, um eine gleichmäßige, vorbestimmte Kraft an die Dichtung anzulegen und so eine korrekte Montage und Abdichtung zu gewährleisten. Eine gleichmäßige Kraft entspricht dem gleichmäßigen Druck an der Gesamtfläche des Moduls. Obwohl die hier beschriebenen Beispiele Kompressionsstangen umfassen, können auch andere Kompressionsvorrichtungen verwendet werden, darunter Schrauben, Federnocken, Pneumatik- oder Hydraulikzylinder oder Bälge. Ein mit Luft oder Flüssigkeit gefüllter Balg oder eine Membran drückt gleichmäßig in alle Richtungen. So können auch geringfügige Unterschiede in der Länge, Form oder Unebenheiten der Segmente ausgeglichen werden. Da der Druck in dem Gehäuse herrscht, kann eine Vielzahl von Formen von Endkappen unterschiedlicher Materialien austauschbar verwendet werden, so dass die Leistung einer bestimmten Anlage optimiert wird. Bei Anlagen mit einem hohen salzhaltigen Fluss kann zur Minimierung der Korrosion vorzugsweise eine Kunststoffendkappe verwendet werden, während bei Anwendungen mit hohen Temperaturen eine Metallendkappe vorzuziehen ist. Dadurch dass die Keramikmembran zurückversetzt ist, wird der Bereich der Annäherungen, die Schaden verursachen könnten, verringert und somit das Risiko einer Beschädigung der Membran.
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Dieses Modul wird im Allgemeinen in einer vertikalen Ausrichtung verwendet, es kann jedoch auch in anderen Ausrichtungen verwendet und durch die Kanten der Basis des Gehäuses oder dessen Umfang gestützt werden, während der mittlere Bereich genügend Freiraum aufweist, um die Endkappe zu entfernen und Zugang zu der Membran zu erlangen.
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Die Endkappe kann aus einer Vielzahl von Materialien bestehen. Es können Duroplasten oder Thermoplasten mit oder ohne Verstärkung verwendet werden, wie z. B. ABS, Acetal, PPE-Harz, Nylon, PEEK, PET, PPSU, CPVC, PVC, PP, PE, PVDF, PTFE, PEI, Epoxide, Urethane oder andere Kunststoffe. Die Endkappen können auch mittels einer metallenen Außenplatte verstärkt werden, die z. B. aus Stahl oder Aluminium besteht. Überdies kann die Endkappe aus Metall bestehen, das zur Erhöhung der Stabilität der während des Betriebs verwendeten Fluide und Reinigungsmittel optional beschichtet oder modifiziert wird.
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Die Befestigung der Endkappe an dem Modul kann mittels einer Vielzahl von Hilfsmitteln erfolgen, so können beispielsweise Sprengringe verwendet werden, die die Endkappe im Inneren des Behälters in Position halten. Alternativ können Augenschrauben, Victaulic-Kupplungen, V-Bänder, Verschraubungen oder ähnliche Befestigungsarten verwendet werden.
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In einer oder mehreren Ausgestaltungen dient die Rahmenanordnung dazu, das Membranmodul 110, wie in 1A–1D dargestellt, vorzuvergießen. In dem Rahmen 210 ist eine im Allgemeinen nicht-starre Pfanne 290 vorgesehen, die z. B. aus einem Elastomermaterial besteht. Bei der Pfanne 290 handelt es sich um eine flexible, komprimierbare Form, die in einer geriffelten Form sitzt. In der Pfanne 290 wird ein Membranmodul 110 positioniert, das zwei oder mehrere Membranen 118 umfasst, die in ihrem Inneren Kapillaren aufweisen. Die Kapillaren erstrecken sich von mindestens einem ersten Ende 132 der Membran 118. In einer oder mehreren Ausgestaltungen erstrecken sich die Kapillaren vom ersten Ende 132 zum zweiten Ende 134 der Membran. Die Rahmenanordnung dient dazu, die Membranen 118 in der Pfanne 290 zu halten. Die Pfanne 290 wird mit Vergussmaterial gefüllt, das aushärtet und die Membranen 118 in einer vorbestimmten Position relativ zueinander hält. Das Vergussmaterial dichtet zudem die Enden der Membranen 118 ab, ohne die Kapillaren abzudichten. In einer oder mehreren Ausgestaltungen erfolgt das Einbringen des Vergussmaterials so, dass weniger als 5% der Kapillaren an jedem Ende der Membran verstopft werden.
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Sobald das Vergussmaterial ausgehärtet ist, kann die Pfanne 290 von den Enden der Membranen 118 entfernt werden. Die Anordnung wird umgedreht, so dass das andere Ende der Membranen 118 in der Pfanne 290 vergossen werden kann.
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In den 2A–2D ist ein Verfahren zur Herstellung einer Filtrationsanordnung 100 mittels der Rahmenanordnung dargestellt. Das Verfahren umfasst das Einbringen eines Membranmoduls 110 in ein Gehäuse 120, wobei das Gehäuse 120 ein erstes Gehäuseende 122 und ein zweites Gehäuseende 124 aufweist. Das Membranmodul 110 kann das oben beschriebene vorvergossene Modul umfassen. Das Membranmodul 110 umfasst zwei oder mehrere Membranen 118, die in ihrem Inneren Kapillaren aufweisen, die sich von mindestens einem ersten Ende 132 der Membran 130 erstrecken. In einer oder mehreren Ausgestaltungen erstrecken sich die Kapillaren von dem ersten Ende 132 zum zweiten Ende 134 der Membran. Die Membran 118 ist mindestens von dem ersten oder dem zweiten Gehäuseende 122, 124 zurückversetzt.
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Das Keramikmodul wird in die Rahmenanordnung 200 eingebracht. Bei dem Verfahren wird zudem ein elastisches Dichtkissen 242 nahe dem ersten Ende der Membran angeordnet und die Kapillaren werden abgedichtet; ein zweites Abstandsstück 252 wird direkt neben dem Dichtkissen 242 angeordnet. In einer oder mehreren Ausgestaltungen besteht das Dichtkissen 242 aus einem weichen gummiähnlichen Material. In einer oder mehreren Ausgestaltungen ist das Abstandsstück 252 starrer als das Dichtkissen 242 und kann aus einem starren Material, wie z. B. einer PVC-Platte bestehen.
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An einem ersten Ende der Rahmenanordnung wird eine Kompressionsanordnung der Rahmenanordnung 200 installiert, wobei eine Treibscheibe benachbart zu dem Dichtkissen oder benachbart zu dem Abstandsstück, wenn ein solches verwendet wird, angeordnet wird. Die Kompressionsanordnung umfasst Kompressionsstangen, Befestigungselemente und Treibscheiben 224, die dazu dienen, die Enden der Keramikmodule zusammenzudrücken, ohne das Gehäuse unter Druck zu setzen. Die mit den Kompressionsstangen verbundenen Befestigungselemente werden gegen die Treibscheibe festgezogen, um Kraft an das Keramikmodul anzulegen. In einer oder mehreren Ausgestaltungen wird mittels der Enden der Kompressionsstangen eine Kraft an die Treibscheibe angelegt, um das Keramikmodul unter Druck zu setzen. Während das Keramikmodul unter Druck gesetzt ist, wird das Vergussmaterial in das Gehäuse eingebracht und härtet aus. Optional kann ein Ende des Gehäuses vergossen werden, anschließend wird die Filtrationsanordnung aus der Rahmenanordnung genommen, umgedreht, wieder in die Rahmenanordnung eingesetzt und vergossen. In einer oder mehreren Ausgestaltungen erfolgt das Einbringen des Vergussmaterials in das Gehäuse so, dass weniger als 5% der Kapillaren an jedem Ende der Membran verstopfen.
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Wie in den 3A–3D dargestellt, umfasst das Verfahren zur Herstellung einer Filtrationsanordnung 100 in einem Beispiel das Einbringen eines Membranmoduls 110 in ein Gehäuse 120, wobei das Gehäuse 120 ein erstes Gehäuseende 122 und ein zweites Gehäuseende 124 aufweist. Das Membranmodul 110 umfasst zwei oder mehrere Membranen 118, die in ihrem Inneren Kapillaren aufweisen, die sich von mindestens einem ersten Ende 132 der Membran 118 erstrecken. In einer oder mehreren Ausgestaltungen erstrecken sich die Kapillaren von dem ersten Ende 132 zum zweiten Ende 134 der Membran. Die Membran 118 ist mindestens von dem ersten oder dem zweiten Gehäuseende 122, 124 zurückversetzt.
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Das Keramikmodul wird in die Rahmenanordnung 200 eingebracht. Bei dem Verfahren wird zudem ein elastisches Dichtkissen 242 nahe jedem Ende der Membran angeordnet und die Kapillaren werden abgedichtet; an jedem Ende der Membran 118 wird ein optionales zweites Abstandsstück 252 direkt neben dem Dichtkissen 242 angeordnet. In einer oder mehreren Ausgestaltungen besteht das Dichtkissen 242 aus einem weichen gummiähnlichen Material. In einer oder mehreren Ausgestaltungen ist das Abstandsstück 252 starrer als das Dichtkissen 242 und kann aus einem starren Material, wie z. B. einer PVC-Platte bestehen. Das Dichtkissen 242 kann aus Hartkunststoff oder Metall, wie z. B. Aluminium oder nicht rostendem Stahl, bestehen.
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Eine Kompressionsanordnung 240 der Rahmenanordnung 200 wird an einem ersten Ende und einem zweiten Ende der Rahmenanordnung angeordnet. Die Kompressionsanordnung umfasst Kompressionsstangen 220, Befestigungselemente 222 und Treibscheiben 224, die dazu dienen, die Enden der Keramikmodule zusammenzudrücken, ohne das Gehäuse unter Druck zu setzen. Die mit den Kompressionsstangen verbundenen Befestigungselemente werden gegen die Treibscheibe festgezogen, um Kraft an das Keramikmodul anzulegen. In einer oder mehreren Ausgestaltungen wird mittels der Enden der Kompressionsstangen eine Kraft an die Treibscheibe angelegt, um das Keramikmodul unter Druck einzubringen. Während das Keramikmodul unter Druck steht, wird das Vergussmaterial in das Gehäuse eingebracht.
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Zur Verbesserung der Haftung des Vergussmaterials in dem Behälter kann die Oberfläche des Behälters vor dem Vergießen behandelt werden. Dies kann eine Reinigung umfassen, beispielsweise mittels säurehaltiger oder basischer Lösungsmittel, ein mechanisches Aufrauen der Oberfläche, z. B. mittels mechanischer Veränderung, wie z. B. Schleifen, oder eine chemische Veränderung, z. B. durch Funktionalisierung, Plasma- oder Koronabehandlung.
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Durch die zurückversetzte Vergussmasse wird eine Mischzone für die gleichmäßige Zufuhr auf der Zufuhrseite der Membran sowie eine Mischzone gebildet. Der Abstand verringert auch das Risiko der Abnutzung durch herausspritzende Flüssigkeit. Die Gehäusewände bilden einen mechanischen Schutz/eine Pufferzone für die stirnseitige Dichtung und die Keramikmembran. Die zurückversetzte Vergussmasse ermöglicht eine Befestigungsart, bei der Sprengringe, flache oder nach innen oder außen gewölbte Endkappen, Augenschrauben, V-Bänder und andere genutete Befestigungsmethoden angewendet werden können. Dies schafft Kostenvorteile im Vergleich zu anderen Befestigungsarten, so dass die Kosten des Gehäuses und die Herstellungskosten gesenkt werden. Diese Verfahren können bei FRP-, metallischen und anderen Kunststoff-Gehäusen und/oder -Endkappen angewandt werden. Überdies ermöglicht es das hier beschriebene Keramikmodul es, kostengünstigere und chemisch widerstandsfähigere Endkappen und Befestigungsarten zu verwenden, wie etwa nach innen gewölbte oder flache Endkappen, die durch Sprengringe, genutete Befestigungselemente, V-Bänder, Augenschrauben, Verschraubungen oder ähnliche Verfahren befestigt werden.
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Nachdem das Vergussmaterial in das Gehäuse eingebracht worden ist und das Material ausgehärtet ist, wird das Modul aus der Rahmenanordnung entfernt und kann getestet werden. Nach dem Testverfahren werden die Endkappen an dem Modul befestigt.
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Die obige Beschreibung ist veranschaulichend und nicht einschränkend zu verstehen. Fachleute werden erkennen, dass viele andere Ausgestaltungen möglich sind. Die in den einzelnen Abschnitten beschriebenen Ausgestaltungen oder diejenigen, die in den einzelnen Zeichnungen dargestellt sind, können zu weiteren Ausgestaltungen der vorliegenden Anmeldung miteinander kombiniert werden. Der Umfang der Erfindung sollte daher unter Bezugnahme auf die angehängten Ansprüche und den vollen Umfang aller Äquivalente bestimmt werden, in dem die Ansprüche auszulegen sind.
