DE2207202C3

DE2207202C3 - Modul für umgekehrte Osmose

Info

Publication number: DE2207202C3
Application number: DE2207202A
Authority: DE
Inventors: George W. Pittsburgh Pa. Ellenburg
Original assignee: Union Carbide Corp
Current assignee: Union Carbide Corp
Priority date: 1971-03-03
Filing date: 1972-02-16
Publication date: 1981-08-13
Also published as: FR2128535A1; SE374495B; ZA72470B; JPS5342754B1; US3712473A; CA951250A; GB1327550A; NL7201384A; IL38647A; IL38647A0; IT953429B; DE2207202B2; DE2207202A1; FR2128535B1

Description

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Die Erfindung betrifft einen Modul für urngekehrte Osmose, der einen porösen Sandstab aufweist, wobei der Sandstab eine Vielzahl von darin vorgesehenen länglichen Öffnungen, eine Mehrzahl von rohrförmigen, semipermeablen, osmotischen Membranen, die durch die Wände der Öffnungen abgestützt werden, ein undurchlässiges Material, welches die Enden des Sandstabes abdichtet, sowie einen den Sandstab umgebenden Behälter aufweist.

Ein derartiger Modul ist bereits aus der DE-OS 1 42 420 bekanntgeworden. Bei dem bekannten Modul wird zu reinigendes Wasser in ein Gehäuse eingefüllt, in dem sich ein Rohr befindet, um aas eine mehrschichtige Membrananordnung spiralförmig herumgewickelt ist. Die Membrananordnung besteht aus einer Umhüllung und einem Trenngitter, wobei die Umhüllung wiederum aus zwei semipermeablen Membranen sowie einer Trägermaterialschicht besteht. Durch die spiralartige Aufwicklung kommt das Trenngitter 17 mit beiden semipermeablen Membranen in Kontakt. Das zu reinigende Wasser dringt in den vom Trenngitter gebildeten spiralförmigen Raum ein und gelangt an die semipermeablen Membranen, durchdringt diese und gelangt in das beispielsweise aus Sand bestehende Trägermaterial. Der vom Trägermaterial erfüllte ebenfalls spiralförmige Raum mündet in dem Mittelrohr, so daß sich dort das gereinigte Wasser sammelt und unten abgezogen werden kann. Um den Fließweg im w Trägermaterial zu verringern, wird bei einer Ausführungsform gemäß der Entgegenhaltung eine Anzahl von zusätzlichen Abflußröhren in das Trägermaterial eingelagert. Sie weisen Schlitze auf, durch die gereinigtes Wasser aus dem Trägermaterial in die Abflußrohren eindringen kann. Die Abflußröhren werden am oberen Ende verschlossen und am unteren Ende zu einem Sammelgefäß geführt.

Um die Spiralräume gegeneinander zu verschließen, sind die semipermeablen Membranen durch gegenseiti- M· ges Verkleben verschlossen, während die vierte Kante zum Mittelrohr hin offengelassen ist.

Der so spiralförmig aufgebaute Sandstab, der auf seiner äußeren peripheren Oberfläche das Trenngitter aufweist, ist in einen rohrförmigen Behälter cingescho- b¹» ben, dem das zu reinigende Wasser unter Druck zugeführt wird.

Nachteilig hei dieser bekannten Konstruktion ist es.

daß durch den spiralartigen Aufbau des Zutrittsraums für das zu reinigende Wasser wie auch des Abflußraumes für das gereinigte Wasser die Fließwege selbst bei Anwendung von vielen zusätzlichen Abflußrohren recht lang werden, so daß der Druckabfall verhältnismäßig groß ist Dies führt dazu, daß ein höherer Druck angewendet werden muß, als an sich aufgrund der umgekehrten Osmose notwendig wäre, was zu erhöhten Energiekosten, aber auch zu höherer Druckbelastung des Sandstabes und damit zu der Notwendigkeit von verstärkter osmotischer Membran führt, was wiederum eine verringerte Durchlässigkeit bedingt

Aufwendig wird die Konstruktion, wenn mehrere Moduln parallel geschaltet werden sollen, da für jeden Modul ein eigener Behälter mit Anschluß- und Abflußleitungen erforderlich wird.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Moduls für umgekehrte Osmose der eingangs genannten Art, der einfacher und billiger aufgebaut werden kann und einen höheren Wirkungsgrad besitzt, insbesondere aber auch so aufgebaut ist, daß in einfachster Weise zahlreiche Moduln neben- oder übereinander in einem Gehäuse untergebracht werden können. Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß die äußere, periphere Oberfläche des Sandstabs von einer Membran umhüllt wird, und daß der Sandstab innerhalb des Behälters so angeordnet ist, daß ein Zwischenraum zwischen dem Sandstab und dem Behälter vorhanden ist und zudem der Sandstab durch unttT Druck stehende einströmende Flüssigkeit umgeben werden kann.

Durch diese besonderen Merkmale wird der Strömungsweg der zu reinigenden Flüssigkeit zur Membran wie auch der Weg von der Membran durch den Sand zur Ausgangsleitung verhältnismäßig kurz, so daß der Druckabfall im Modul verhältnismäßig klein bleibt. Außerdem ermöglicht die Anordnung in vorteilhafter Weise die Vereinigung von mehreren Moduln in nur einem einzigen Behälter.

Ergänzend sei noch auf die BE-PS 7 55 779 hingewiesen, die ebenfalls ein Modul für umgekehrte Osmose zeigt und gegenüber anderen Konstruktionen, wie sie zum Beispiel aus den US-PS 34 00 825 bzw. 33 92 840 bekannt sind, Vorteile besitzt, insbesondere den, daß mehrere Moduln in einfacher Weise zu größeren Anlagen vereinigt werden können. Allerdings besitzt diese aus der BE-PS 7 55 779 bekannte Konstruktion noch den Nachteil, daß die zur Abstützung der osmotischen Schicht dienende Matrix im Bereich der äußeren Umhüllung keine Abstützung ergibt, die die Sandmatrix von allen Zugkräften befreit. Bei höheren Drücken ist es nämlich möglich, daß sich das die äußere Umhüllung bildende Rohrstück nach außen wölbt, so daß innerhalb der Sandmatrix neben den Druckkräften auch Zugkräfte entstehen, die zu Verletzungen der osmotischen Membran führen können. Geringfügige Risse in der Membran bewirken bei den hier vorhandenen hohen Drücken jedoch bereits starke Verunreinigung des Endproduktes, so daß dann die Anlage nicht mehr betriebsfähig ist.

Beim erfindungsgemäß konstruierten Modul wirken auf die empfindliche und reißanfällige osmotische Membran jedoch nur reine Hächendruckkräfte ein, so daß hier Beschädigungen nicht auftreten können.

Werden zahlreiche Moduln zu einer Anlage vereinigt, hat dies nicht nur Einsparungen hinsichtlich des Behälters zur Folge, es wird auch möglich, jede einzelne Membran einer individuellen Überprüfung zu unterziehen, wobei diese Überprüfung wesentlich einfacher ist

als bei der aus der eingangs genannten Druckschrift bekannten Konstruktion.

Gegenüber der bekannten Konstruktion weist der erfindungsgemäße Aufbau auch deshalb noch Vorteile auf, weil der Sandstab durch Gießen einer Sandabstützmatrix in einem Rohrteilstück herstellbar ist, wobei die Matrix mit einer Reihe von länglichen öffnungen versehen wird, weiche sich durch den S.andstab hindurch erstrecken. Die Sandmatrix wird durch ein geeignetes Bindemittel gebunden, wie es häufig in Gießereien zur Herstellung von Formen benutzt wird. Diese Heritellung ist seiir einfach und ergibt eine stabilere Matrix, während die gewickelte Konstruktion des Standes der Technik diese Stabilität nicht erreicht, insbesondere wegen der eingebrachten Gitterkonstruktion.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, die in den Zeichnungen dargestellt sind. Es zeigt

F i g. 1 eine geschnittene Teilansicht eines erfindungsgemäßen Moduls für umgekehrte Osmose;

F i g. 2 eine geschnittene Teilansicht von zwei übereinander angeordneten Moduln; und

Fig.3 eine geschnittene Teilansicht einer noch anderen Ausführungsform, wobei mehrere Moduln in einem Behälter nebeneinander untergebracht sind.

In den Zeichnungen zeigt Fig. 1 einen Modul 1 für umgekehrte Osmose, um die Konzentration aufgelöster Feststoffe in einer unter Druck stehenden Flüssigkeit, wie beispielsweise Meerwasser, herabzusetzen. Einströmende Flüssigkeit wird dabei durch eine semipermeable, osmotische Membran 3 hindurch entgegengesetzt zu der normalen osmotischen Strömung geleitet, und zwar dadurch, daß an der Membran ein Druckunterschied hergestellt wird, der größer als der osmotische Druck der einströmenden Flüssigkeit ist. Der Modul 1 für umgekehrte Osmose, der in Fig. 1 dargestellt ist, umfaßt einen porösen Sandstab 5, der eine Stützmatrix bildet, in der sich eine Vielzahl von länglichen Öffnungen 7, eine Vielzahl von rohrförmigen, semipermeablen, osmotischen Membranen 3, die durch die ίο Wände der öffnungen 7 abgestützt werden, eine umhüllende Membran 9, welche die äußere, periphere Oberfläche des Stabes umgibt, ein undurchlässiges Material 10, beispielsweise Epoxyharz, welches die Enden 11 des Stabes 5 abdichtet, sowie einen Behälter 13 umfaßt, der den Stab 5 umgibt. Der Stab ist innerhalb des Behälters so angeordnet, daß ein Zwischenraum 14 zwischen dem Stab 5 und dem Behälter 13 vorhanden ist, und der Stab 5 wird durch unter Druck stehende einströmende Flüssigkeit umgeben. Der Stab 5, der aus Sand besteht, welcher durch ein Bindemittel ähnlich demjenigen, das bei der Herstellung von Kernen und Formen in Gießereien verwendet wird, gebunden wird, hält seinem Wesen bzw. seiner Struktur nach relativ große Druckkräfte aus, bricht aber oder reißt, wenn er hohen Zugkräften ausgesetzt wird. Das Bindemittel ist in der einströmenden Flüssigkeit nicht löslich. Der Druck der einströmenden Flüssigkeit liegt im Bereich von 3,5 bis 42 kg/cm², was in den Stäben hohe Zugspannungen hervorrufen könnte, fall·., die äußere bo Peripherie des Stabes nicht der gleichen unter Druck stehenden einströmenden Flüssigkeit ausgesetzt wäre. Die umhüllende Membran 9 kann aus einem beliebigen Material bestehen, welches die äußere, periphere Oberfläche der Stäbe eng umschließt, d. h. aus einem ^bf> wärmeaufschrumpfbaren Film, welcher entweder undurchlässig ist oder aus einem semipermeablen Zelluloseazetatfilm ähnlich !eniienigcn besteht, der zur Herstellung der rohrförmigen, osmotischen Membranen 3 verwendet wird, welche innerhalb der Stäbe vorgesehen sind.

Die semipermeable, rohrförmige Membran 3, die umhüllende Membran 9 sowie das undurchlässige Isoliermittel oder das abdichtende Material 10 an den Enden 11 des Stabes 5 wirken zusammen, um eine Absperrung zwischen dem Stab und dem Behälter 13 vorzusehen. Einströmende Flüssigkeit überflutet die Behälterseite der Absperrung, wodurch der Stab 5 den Druckkräften der unter Druck stehenden Flüssigkeit unterworfen wird, welche nach außen gerichtete Kräfte auf die rohrförmigen, osmotischen Membranen 3 ausübt, die in den öffnungen 7 angeordnet sind, sowie nach innen gerichtete Kräfte auf die umhüllende Membran 9 und die abgedichteten Enden 11, so daß nur Drückkräfte auf den Sandstab 5 ausgeübt werden.

Wie in den F i g. 1 und 2 dargestellt ist, wird das Epoxyharz, welches die Abdichtung 10 an dem einen Ende des Stabes 5 bildet, zu der Form eines Flansches 15 gegossen, welcher sich von einem Ende des Stabes her radial nach außen erstreckt. Der Flansch 15 ist mit einem Durchlaß 17 versehen, welcher den porösen Stab mit einer Ausströmleitung 19 zum Ablassen gereinigter oder aufbereiteter Flüssigkeit in Verbindung bringt, welche durch die osmotische Membran hindurch vom porösen Stab 5 geströmt ist.

Wie in der Fi g. 1 dargestellt ist, wird der Flansch 15 zwischen zwei Rohrflanschen eingeklemmt, welche mit den Behältern 13 verschweißt sind. Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung handelt es sich bei den Behältern 13 um Rohrumkleidungsstücke, die im Durchmesser nur etwas größer als die Stäbe 5 sind. Die Umkleidungsstücke werden axial ausgerichtet, um Serienströmung von einströmender Flüssigkeit durch eine Mehrzahl der Stäbe hindurch zu ermöglichen. Die Stäbe können, wie in F i g. 2 dargestellt, dadurch verbunden werden, daß man angrenzende Enden 11 mit einem Abdichtmittel 10, beispielsweise Epoxyharz abdichtet und dadurch, daß sich ein kontinuierlicher, rohrförmiger Film 9 über das gesamte Längsstück der verbundenen Stäbe 5 erstreckt. Ein rohrförmiger, wärmeaufschrumpfbarer Film kann als äußere Membran 9 verwendet werden, oder einzelne, äußere Filme einer semipermeablen, osmotischen Membran können auf die äußere Peripherie der Stäbe 5 aufgebracht werden. Die Stäbe können durch das Abdichtmittel 10 verbunden werden, das auch dazu verwendet wird, um deren Enden 11 abzudichten. Durch eine derartige Anordnung würden längere Stäbe sich ergeben und die Anzahl der Rohrflansche 21, die zur Bildung einer aus Moduln gebildeten Einheit notwendig sind, würde verringert werden.

Wie in F i g. 3 dargestellt ist, kann eine Mehrzahl von umhüllten Stäben in einem großen Gefäß 23 so angeordnet werden, daß sie in die einströmende Flüssigkeit eingetaucht sind. Die Flansche 15 der Stäbe werden durch eine Stützplatte oder Rohrplatte 25 in dem Gefäß 23 mit verhältnismäßig großem Durchmesser eingeklemmt. Einströmende Flüssigkeit flutet das Gefäß 23, wobei die osmotischen Membranen 3 und die umhüllenden Membranen 9 dem Druck der einströmenden Flüssigkeit ausgesetzt werden, wodurch nach außen gerichtete Kräfte auf die rohrförmigen, osmotischen Membranen 3, welche in den Öffnungen 7 in den Stäben 5 angeordnet sind, und einwärts gerichtete Kräfte auf die peripheren Membranen 9 ausgeübt werden, wodurch bewirkt wird, daß die Stäbe 5 nur Druckkräf-

ten ausgesetzt werden. Die Ausströmleitungen 19 stehen mit dem porösen Stab in Verbindung, sind an einen Verteilerkopf (nicht dargestellt) angeschlossen und werden nach der Außerseite des Gefäßes geführl, um gereinigte Flüssigkeit abziehen zu können, welche aufgrund der die treibende Kraft für den Vorgang der umgekehrten Osmose bildenden Druckdifferenz an den osmotischen Membranen 3 durch die Membranen hindurch in den porösen Stab 5 hineingeströmt ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Modul für umgekehrte Osmose, der einen porösen Sandstab aufweist, wobei der Sandstab eine Vielzahl von darin vorgesehenen länglichen Öffnungen, eine Mehrzahl von rohrförmigen, semipermeablen, osmotischen Membranen, die durch die Wände der Öffnungen abgestützt werden, ein undurchlässiges Material, welches die Enden des Sandstabes abdichtet, sowie einen den Sandstab umgebenden Behälter aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß eine umhüllende Membran 9 die äußere, periphere Oberfläche des Sandstabes umgebend ist, der Sandstab innerhalb des Behälters 13 so angeordnet ist, daß ein Zwischenraum 14 zwischen dem Sandstab 5 und dem Behälter 13 vorhanden ist, und der Sandstab 5 durch unter Druck stehende einströmende Flüssigkeit umgebbar ist.

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