DE2737819A1 - Ultrafiltrations- und elektrodialyseverfahren und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

• Ultrafiltrations- und Elektrodialyseverfahren und Vorrichtung
• zur Durchführung des Verfahrens Die Erfindung betrifft ein kombiniertes Elektrodialyseverfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Die Vorrichtung umfaßt Ultrafiltrationsmembranzellenpaare, die zwischen einer für Kationen selektiven Membran und einer Membran, d für Ionen nicht selektiv ist, angebracht sind. Die zu behandelnd Lösung wird an einer Seite der Ultraflltrationsmembranzelle eingeleitet. Eine konzentrierte Lösung wird zwischen den kationen-selektiven Membranen und den nicht ionen-selektiven Membranen abgegeben und ein elektrisches Feld wird längs der Anordnung angelegt. Kationen gehen durch die Membranen hindurch, die für Ionen nicht selektiv sind, Ionen mit beiden Polaritäten und schwach ionisierte Substanzen gehen durch die Ultrafiltrationsmembran hindurch, die größere Teilchen abstößt und Moleküle und Anionen gehen durch die ionen-selektive Membran hindurch, so daß das elektrische Gleichgewicht erhalten bleibt.
• Die Erfindung betrifft die Trennung und Permeation fluid er Materialien.
• Bei einem Permeationtrennverfahren erfolgt eine Dialyse der zu entmineralisierenden Lösung. Die Lösung wird in eine oder mehrere Zellen, die durch ionen-selektive Membranen definiert werden, geleitet. Wird ein elektrisches Feld längs der Trennzellen angelegt, werden die negativen Ionen durch die anionenpermeablen Membranen in Richtung auf die Kathode gezogen und die positiven Ionen werden durch die für Kationen permeablen Mem nen in Richtung auf die Anode gezogen. Dadurch wird die Beschickungslösung kontinuierlich entionisiert.
• Bei einer bekannten Trennvorrichtung werden Filtrationsmembranen zusammen mit Elektrodialysezellen für die Entfernung von relativ großen Teilchen zusätzlich zu den Ionenteilchen verwendet. Diese Art von Vorrichtung ist zum Abtrennen der Bestandteile von Proteinlösungen, wie Käsemolke, geeignet, die Proteine, Lactose und Mineralien, die üblicherweise als Asche bezeichnet werden, enthält. Das Protein wird durch Filtrationsmembranen abgetrennt, während die Anionen- und Kationenmembranen, die Lactose von der Asche, die typischerweise Kaliumchlorid ist, abtrennen. Solche Proteinlösungen enthalten jedoch typische##ise andere anionische Materialien, wie schwach ionisierte Aminosäuren, die die Anionenmembranen irreversibel zum Versagen bringen.
• Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein neues und verbessertes Verfahren und eine neue und verbesserte Vorrichtung zur Abtrennung der Bestandteile von Proteinlösungen zu schaffen.
• Erfindungsgemäß soll ein System zum Abtrennen der Bestandteile einer Proteinlösung geschaffen werden, bei dem das Versagen der ionen-selektiven Membranen minimal gehalten wird.
• Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert. Eine bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform betrifft eine Permeation-Trenn-Vorrichtung, die eine Vielzahl von Zellen enthält, die durch Filtrationsmembranen definiert werden, die von Paaren von kationen-selektiven und neutralen oder ionen-nicht-selektiven Membranen flankiert bzw. begrenzt werden.
• In der beigefügten einzigen Figur ist eine schematische Ansicht der bevorzugten erfindungsgemäßen Permeation-Trennvorrichtung dargestellt.
• Die in der Figur schematisch dargestellte erfindungagemäße Permetation-Trennvorrichtung 10 umfaßt eine Zellpackung 12, ein Einspritzsystem für die Beschickungslösung, ein Proteinumlauf-und Entfernungssystem 14, ein Permeatumlauf- und Entfernungssystem 16, ein Aschenumlauf- und Entfernungssystem 18, ein Anolytspülsystem 20 und ein Katholytspülsystem 21. Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung ist eine beispielhafte Ausführungsform und die dargestellte Vorrichtung kann auf verschiedene Arten und Weisen variiert werden.
• Die Zellpackung 12 kann aus irgend einer an sich bekannten Membranenanordnung, wie einer Platten- und Gehäuse- bzw. Geetellanordnung bestehen, bei der eine Vielzahl geeignet perforierter Dichtungen 22, die Peripherien einer Vielzahl planarer Membranen 30, 31 und 32, die parallel unter Bildung einer Reihe von parallelen Permeationszellen 33a, 33b, 33c, und Endwellen 36 und 37 angebracht sind, tragen und abdichten. Jede Pernieationszelle wird durch zwei der Membranen und die Dichtungen definiert bzw. begrenzt. Die Endwellen 36 und 37 werden entsprechend durch die Membranen 31 und 32 und die Endkappen 35 definiert bzw. begrenzt. In der Endzelle 36 ist eine geeignete Anode 38 angebracht. Eine Kathode 40 ist in der gegenüber liegenden Endzelle 37 angebracht. Die Anode 38 und die Kathode 40 sind mit den positiven bzw. negativen Enden einer (nicht gezeigten) geeigneten Energiequelle über die Leiter 41 und 42 verbunden. Das Gehäuse bzw. die Umhüllung 26 enthält ebenfalls geeignete (nicht gezeigte) Verbindungen zum Zuführen und Entfernen der Flüssigkeiten von jeder der Zellen 33a, 33b, 33c, 36 und 37. Die Komponenten der Zellpackung 12 werden in anliegende Beziehung durch geeignete Klammern oder Verbindungsstäbe, die nicht gezeigt werden, gehalten. Zusätzlich werden die Membranen 30 und 31, die die Zellen 33c definieren bzw. begrenzen, auf geeignete Weise gestützt, so daß sie die Drücke, die normalerweise bei Filtrationssystem auftreten, beispielsweise in der Größenordnung von 0,70 bis 7,03 kg/cm2 oder mehr aushalten können. (10 - 100 pounds psi) Die Membranen 30 sind Filtrationsmembranen bevorzugt im Ultrafiltrationabereich. Die Membranen 31 sind kation-permeable, anionen-impermeable Membranen. Die Membranen 32 sind neutrale oder kationen- und anionen-permeable Membranen. Hinsichtlich der lonenpermeabilität der Ultrafiltrationsmembranen 30 ist es wesentlich, daß sie entweder für positive oder negative Ionen permeabel sind. Bevorzugt sind sie neutrale Membranen, die für Ionen beider Ladungen permeabel sind. Eine große Vielzahl geeigaeter Materialien sind auf dem Ultrafiltrations- und Elektrodialysegebiet bekannt, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. Die primären Kriterien für die Ultrafiltrationsmembran 30 sind ihre gerade beschriebene Ionenpermeabilität und eine Porengrößenselektivität. Für jede besondere Anwendung wird eine Membran ausgewählt, die die Bestandteile mit größerem Molekulargewicht, die konzentriert werden sollen, zurückweist. Die neutralen Membranen 32 können aus irgend welchen geeigneten Materialien, wie Cellophan, bestehen und lassen sowohl Anionen als auch Kationen hindurch. Die Anionen strömen jedoch durch die Membranen 32 bevorzugt gegenüber den Kationen, da die Flüssigkeit in der Zelle 33a ionisch neutral verbleibt.
• Die Membranen 31 und 32 werden abhängig von ihrer Wasserpermeabilität,den Strömungsgeschwindigkeiten, den Ionenzurückweisfähigkeiten und der Art der ionischen Bestandteile, die bei einem besonderen Verfahren auftreten, ausgewählt. Alle Membranen müssen natürlich ausreichende Zugfestigkeit besitzen, so daß sie die Ultrafiltrationsbetriebsdrücke aushalten.
• Ein bevorzugtes Material für die Ultrafiltrationsmembranen 39 sind mikroporöse und anisotrope Polyvinylformalmembranen auf flächenhaften Trägern bzw. Textilträgern. Solche Membranen und ein Verfahren zu ihrer Herstellung werden in der US-Patentschrift 3 988 245 beschrieben. Der Offenbarungsgehalt dieser US-Patentschrift soll auch für die vorliegende Anmeldung gelten.
• Es ist besonders bevorzugt, derartige Membranen bei der vorliegenden Erfindung zu verwenden, da sie die normalen Betriebsdrücke aushalten können und da sie den wiederholten Kontakt mit sauren und alkalischen Reinigungslösungen aushalten können.
• Ihre Verwendung wird im folgenden näher erläutert.
• Geeignete Materialien, die als Membranen 31 verwendet werden können, sind Kationenaustauschharze mit aktiven Ioneneinfangstellen (ion capture sites). Die Membranen 31 können beispielsweise MC-3142 Kationenaustauschmembranen sein, die von der Ionac Chemical Sybron Corporation hergestellt werden. Die Membranen 32 können beispielsweise rekonstituierte Cellulose sein, die typischerweise einen elektrischen Widerstand im Bereich von 20 bis 30 Ohm-cmZ Paar u,5 a NaOl besitzen und nicht ionen-selektiv sind. Die Eigenschaften einer aus MC-3142 hergestellten Membran 31 sind in der folgenden Tabelle I aufgeführt.
• Tabelle I Eigenschaft MC-3142 elektrischer Widerstand (Ohm-cm2) 0,1 u NaCl 9,1 1,0 n NaCl 3,4 % Permselektivität 0,5 n NaCl/1,0 n NaCl 94,1 0,2 n NaCl/0,1 n moci 99,0 Wasserpermeabilität ml/Std./ft2/30 psi vernachlässigbar ml/Std./ft2/10 psi vernachlässigbar Dicke 152,4 u Kapazität (6 mi) meq/g 1,06 meq/cm2 0,021 Dimensionsstabilität gut Mullen-Berstfestigkeit, kg/cm2 (psi) 13,0 (185) Bei der dargestellten Ausführungsform bilden die Membranen 31 bzw. 32 die Membrauwände in den Endkammern 36 und 37 und fortschreitend von links bis rechts wurde in der Figur die folgende Membranenanordnung verwendet: 31, 32, 30, 31, 32 ... 32. Zwischen den Endzellen 36 und 37 und wieder fortschreitend von links nach rechts sind in der Figur Zellgruppen dargestellt, die eine Aschenpermeatzelle 33, die durch die Membranen 31 und 32 begrenzt wird, eine Filtrationspermeationszelle 33b, die durch die Membranen 30 und 32 begrenzt wird, und eine Piltrationskonzentrationszelle 33c, die durch die Membranen 30 und 31 begrenzt wird, enthalten. Bei der dargestellten Ausfuhrungsforin sind zwei sich wiederholende Zellgruppen dargestellt. Man kann jedoch irgend eine g&aze vielfache Zahl an Zellen verwenden im Bereich von 1 bis 50 oder mehr. Als Beispiele können die Membranplatten bzw. Folien 8,89 cm x 30,5 cm groß sein, was eine wirksame Membranfläche von 161,3 cis pro Membran ergibt, wenn sie teilweise von den Dichtungen 72 bedeckt ist.
• Im folgenden werden die Transportsysteme für das fluide Material 14, 16, 18, 20 und 21 näher erläutert. Das Filtrationsprodukteinspritz-Umlauf- und Entfernungssystem 14 kann eine Pumpe 50 für den Umlauf der zu konzeftrierer#e'i und demineralisierenden Flüssigkeit von dem Tank 51 in jede åer Filtrationskonzentrationszellen 33c durch das Einlaßverteilerrohr 52, Auslaßverteilerrohr 53 und Rtickführleitung 54 umfassen. Ein geeigneter Druckregulator oder ein Ventil 55 ist mit dem Verteiler 53 zur Einstellung des Druckes in den Ultrafiltrationszellen 33a verbunden. Zusätzlich ist ein Dreiwegventil 56 mit dem Verteiler 53 für die selektive Rückfuhr des fluiden Materials, das aus der Kammer 33a austritt, in den Tank 51 über das Rohr 54 für alternativ die Entnahme des demineralisierten, konzentrierten Produkts durch das Rohr 58 oder für die teilweise Durchführung beider Funktionen gleichzeitig vorgesehen. Der Tank 51 kann ebenfalls über das Rohr 60 und das Ventil 61 mit einer Quelle für die Beschickungslösung (die nicht gezeigt wird) verbunden sein. Wenn das Ventil 56 so eingestellt ist, daß der Rohrverteiler 53 mit dem Abnahmerohr 58 g&£uppelt ist und wenn das Ventil 61 so eingestellt ist, daß das Rohr 60 mit dem Tank 51 gekuppelt ist, arbeitet das System kontinuierlich.
• Wenn andererseits das Ventil 56 so eingestellt ist, daß es das Rohr 53 mit dem Rohr 54 verbindet bzw, kuppelt und das Ventil 61 geschlossen ist, dann ist das System auf Umlauf eingestellt.
• Das Permeatumlauf- und Entfernungssystem 16 ist ähnlich wie das System 14 und enthält eine Umlaufpumpe 70 für das umlaufende Permeat durch die Permeatzellen 33b durch das Einlaßverteilerrohr 71, während Permeat von den Zellen 33b durch das Auslaßverteilerrohr 72 entfernt wird. Ein Dreiwegventil 73 kann das Verteilerrohr 72 mit einem Lagerungstank bzw. Verweiltank 74 über das Rohr 75 jeder mit ner Perneatentnahme über das Rohr 76 verbinden. Durch geeignete Einstellung des Ventils 73 kann das System 16 so betrieben werden, daß entnommen werden kann oder ein Umlauf stattfindet.
• Das Abfall- oder Ascheumlauf- und Entfernungssystem 18 enthält weiterhin eine Pumpe 80 für den Umlauf der Abfallflüssigkeit zu den Abfallkonzentrationszellen 33a durch das Einlaßverteilerrohr 81, während weiter konzentrierter Abfall aus diesen Zellen durch die Auslaßverteilerrohre 82 entfernt werden. Ein Dreiwegeventil 83 kann das Verteilerrohr 82 mit dem Lagerungs- bzw. Verweiltank 84 über das Rohr 85 und mit der Abfallbeseitigung durch das Rohr 86 verbinden. Wieder kann durch geeignete Einstellung des Ventils 83 das System so eingestellt sein, daß eine Entnahme oder ein Umlauf stattfindet.
• Das Elektrodenspülsystem 20 umfaßt eine Pumpe 90, die durch ein Einlaßrohr 91 mit einem Ende der Zelle 36 und mit einem Spüllösungslagerungstank 93 verbunden ist, der seinerseits wieder mit dem Rohr 94 mit dem anderen Ende der Zelle 37 verbunden ist.
• Das Spülsystem 21 für die Zelle 37 ist gleich und die gleichen Geräte werden mit den gleichen Bezugszeichen, wie beim System 20, bezeichnet, ausgenommen, daß sie sich durch einen Strich (') unterscheiden.
• Das Betriebsverfahren für die Permeationsvorrichtung 10 wird vorteilhaft in Zusammenhang mit der Demineralisierung und Trennung von Proteinen und Lactose aus Käsemolke beschrieben.
• Für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung wird angenommen, daß der Aschegehalt der Molke exklusiv aus K+Cl besteht, wobei realisiert wird, daß tatsächlich andere ionische Bestandteile in der Käsemolke vorhanden sind. Ein elektrisches Feld wird zu Beginn zwischen den Elektroden 38 und 40 angelegt. Beispielsweise kann bei der dargestellten Gruppe aus 7 Zellen, bei denen 8,89 x 30,5 cm Membranen verwendet werden, die Spannung im Bereich zwischen 30 bis 40 Volt bei 1,5 bis 3,5 Amp. liegen. Diese Werte sollen jedoch für die geeigneten Verfahrensparameter nicht als Beschränkung angesehen werden und können stark variieren, abhängig von dem Widerstand der gesamten Zellpackung 12. Rohe Molke wird dann durch das Rohr 60 in das Ultrafiltrationsprodukteinspritz-, Umlauf- und Entfernungssystem 14 eingeleitet, das seinerseits das Rohmaterial über die Pumpe 50 in die Zellen 33c mit einem Druck von 0,7 bis 7,03 kg/cm2 oder mehr befördert. Der gewünschte Druck wird durch Einstellung des Druckregulators 56 eingestellt. In jeder der Zellen 33c werden Chloridionen, Lactose und Wasser durch die Filtrationsmembranen 30 in die Zelle 33b gezwungen. Kaliumionen gehen durch die Membranen 31 in Richtung auf die Kathode 42 in die Zellen 33a.
• Die Chloridionen gehen durch die Membranen 32 als Folge der Einstellung eines ionischen Gleichgewichts. Als Folge sammeln sich sowohl die Kalium- als auch die Chloridionen in den Zellen 33a an. Diese Ionen können durch den Verteiler 82 entfernt werden. Protein wird von den Membranen 30 zurückgestoßen und durch den Verteiler 53 entfernt. Lactose enthaltendes demineralisiertes Permeat wird durch den Verteiler 72 entnommen.
• Durch geeignete Einstellung der Ventile 56, 61, 73 und 83 kann das System kontinuierlich betrieben werden. Bei den Anfangsstufen des Verfahrens kann es bevorzugt sein, Proteinkonzentrat umlaufen zu lassen, bis die gewünschten Feststoff- und Mineralgehalte erreicht sind. Dies erreicht man, indem man die Ventile 56 und 61 auf Umlauf einstellt. Nachdem die gewünschten Gehalte erreicht sind, kann der gesamte Ansatz an Proteinkonzentrat über das Rohr 58 entnommen werden oder das Ventil 56 kann etwas geöffnet werden, so daß etwas Produkt aus dem System durch das Rohr 58 "ausblutet" bzw. ausläuft. Verwendet man das letztere Verfahren, so kann das gesamte Flüssigkeitsvolumen in dem System 14 erhalten bleiben, wenn man das Ventil 61 so einstellt, daß die entsprechenden Volumen an roher Molke zugeführt werden. Die gleichen Verfahren können bei den Systemen 16 und 18 verwendet werden, wobei demineralisiertes Permeat (Lactose) und Abfallkonzentrat Je nach Bedarf entfernt werden. Es ist bevorzugt, die Elektrodenzellen 36 und 37 kontinuierlich zu spülen, indem man verdünnte Schwefelsäurelösung durch die Zellen unter Verwendung der Elektrodenspülsysteme 20 und 21 leitet. Natriumsulfit kann anstelle der Schwefelsäure verwendet werden und eine Reihe zusätzlicher Elektrodenspülzusammensetzungen sind auf dem Elektrodialysegebiet bekannt und können verwendet werden.
• Es kann weiterhin bevorzugt sein, von Zeit zu Zeit die Membranen innerhalb der Zellpackung 12 unter Verwendung von an sich bekannten Membranenreinigungsverfahren gut zu reinigen. Bei einem solchen Verfahren wird die gesamte Zellpackung mit Wasser gespült, mit alkalischer bzw. kaustischer Reinigungslösung gespült, mit Wasser gespült, mit einer sauren Reinigungslösung gespült und erneut gut mit Wasser gespült. Die Intervalle werden von der Art der Beschickungslösungen und den auftretenden Produkten abhängen. Da Käsemolke ein ausgezeichnetes Grundmaterial für Bakterienwachstum ist, kann es erforderlich sein, die Vorrichtung 10 täglich zu reinigen, wenn das System für die Käsemolketrennung verwendet wird. Die Reinigungslösung kann durch das System oder auf sonstige Weise eingeleitet werden.
• Ein weiteres Reinigungsverfahren, das besonders für Ultrafiltrationsmembranzellenpaare wertvoll ist, besteht darin, daß man die Strömungsrichtung periodisch durch die Zellen 33 umkehrt, um Ansammlungen der Proteine auf den Oberflächen der Ultrafiltrationsmembran 33 zu entfernen.
• Aus Tabelle I geht hervor, daß die Wasserpermeabilität der Membranen 31 und 32 vernachlässigbar ist und aus diesem Grund sollten die umlaufenden Lösungen durch das System 18 gepumpt werden, damit sie Asche von den Zellen 33 tragen. Geeignete Lösungen können unter den auf dem Elektrodialysegebiet bekannten Lösungen ausgewählt werden. Ein Beispiel ist eine 0,5 bis 1 %ige Natriumchloridlösung in destilliertem Wasser.
• Es ist nicht erforderlich, zusätzliche fluide Materialien in dem System 16 zu verwenden, da die Ultrafiltrationsmembran bei den Betriebsdrücken stark wasserpermeabel ist.
• Die vorliegende Erfindung wurde in Zusammenhang mit der Demineralisierung und Konzentration von Käsemolkeproteinen erläutert. Sie kann jedoch bei anderen Systemen verwendet werden.
• Bei Papierherstellungsanlagen werden große Volumen an Abfallgemischen erzeugt, d~e B c, Zucker und Säure enthalten.
• Solche Anlagen können das Verfahren zur Konzentrierung und Säurebefreiung von Lignin in den Zellen 33c, zur Abtrennung und Säurebefrejung von Zuckern in den Zellen 33b und zur Konzentrierung der Säurekomponenten in den Zellen 33a verwenden.
• Die geeignete Auswahl der Membranen, der Betriebsspannungen und der Einspritzdrücke kann leicht erfolgen, nachdem die Komponenten des Systems hinsichtlich ihrer Molekulargewichte, Ioneneigenschaften usw. analysiert wurden. Die vorliegende Erfindung wurde unter Verwendung von Membranen erläutert, die für Kationen und neutrale Ionen selektiv sind. Es können jedoch auch auf analoge Weise Membranen verwendet werden, die für Anionen und neutrale Ionen selektiv sind.
• Ende der Beschreibung

Claims (27)

1. Patentansprüche 1. Ultrafiltrations- und Dialysevorrichtung, gekennzeichnet durch ein Gehäuse innerhalb des Gehäuses angebrachte Membranträgereinrichtungen, eine Vielzahl von Membranen, die voneinander in Abständen von den Membranträgereinrichtungen getragen werden, und eine Vielzahl von rermeationszellen innerhalb des Gehäuses bilden, Elektrodeneinrichtungen, die voneinander entfernt relativ, bezogen auf die Seiten der Membranen angebracht sind, um ein elektrisches Feld längs der Membranen zu ergeben, wobei die erste der Membranen selektiv für Ionen mit einer Ladung ist, und eine zweite der Membranen nicht für Ionen selektiv ist, und Ionen jeder Ladung hindurchläßt, und eine Filtrationsmembran, die zwischen der ersten und der zweiten Membran angebracht ist und mindestens eine Filtrationszelle mit einer Seite der ersten Membran und eine Permeatsammelzelle mit einer Seite der zweiten Membran dazwischen begrenzt eine Einrichtung für die Entnahme bzw. Abgabe von fluidem Material unter Druck mindestens zu der Filtrationszelle.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste der Membranen kationen-selektiv ist und daß die Membran, die für Ionen nicht selektiv ist, sowohl Kationen als auch Anionen hindurchläßt.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine vierte Membran, die nicht für Ionen selektiv ist, benachbart zu der anderen Seite der ersten der Membranen angebracht ist, und eine erste Ionenkonzentrationszelle begrenzt, und daß eine fünfte Membran, die selektiv für Ionen mit einer Ladung ist, benachbart zu der anderen Seite der zweiten der Membranen angebracht ist, und eine zweite lonenkonzentrationszelle begrenzt.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Filtrationsmembran für Teilchen im Ultrafiltrationsbereich selektiv ist.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen so angeordnet sind, daß die Ultrafiltrationsmembran zwischen Paaren von Membranen angeordnet ist, wobei jedes Membranenpaar aus einer kationen-selektiven Membran und einer Membran, die nicht für Ionen selektiv ist, besteht, und wobei unterschiedliche Membranentypen von jedem Paar unmittelbar benachbart zu der Ultrafiltrationsmembran vorhanden sind, so daß man mindestens eine Ultrafiltrationszelle, eine Permeatzelle und zwei Ionenkonzentrationszellen begrenzt bzw. definiert werden.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultrafiltrationszelle einen Einlaß und einen Auslaß enthält und weiterhin eine Einrichtung zum Einstellen des Fluiddruckes innerhalb der Ultrafiltrationszelle und eine Einrichtung für den Umlauf von mindestens einem Teil des den Auslaß der Ultrafiltrationszellen verlassenden Materials zu ihrem Einlaß umfaßt.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich eine Einrichtung für die selektive Entfernung des Ultrafiltrationskonzentrats aus der Umlaufeinrichtung und für die selektive Zufuhr von nicht konzentriertem fluiden Material in die Ultrafiltrationszelle umfaßt.
8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultrafiltrationsmembran eine anisotrope, mikroporöse Polyvinylformalmembran umfaßt.
9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zelle eine Fluid einlaß- und Auslaßeinrichtung und eine Einrichtung für den Umlauf des fluiden Materials in und aus jeder der Zellen umfaßt.
10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultrafiltrationsmembranen anisotrope, mikroporöse Polyvinylformalmeinbranen umfassen.
11. 11. Filtrationsvorrichtung, gekennzeichnet durch: (a) ein Gehäuse für fluides Material umschließend 3N embranen, die parallel zueinander angeordnet, zwischen gegenüberliegenden Wänden darin angebracht sind, wobei N eine Zahl zwischen 1 und 10 ist, und die erste, vierte und jede dritte darauffolgende Membran selektiv für Ionen mit einer ersten Ladung sind, die zweite und jede dritte darauffolgende der Membranen Membranen sind, die für Ionen nicht selektiv sind, und wobei die dritte und jede dritte darauffolgende Membran Ultrafiltrationsmembranen sind, wobei eine Vielzahl von Zellen innerhalb des Gehäuses gebildet bzw. begrenzt werden, einschließlich von: (i) Ultrafiltrationssellen zwischen benachbarten Ultrafiltrationsmembranen und Membranen, die für die Ionen mit der ersten Ladung selektiv sind, (ii) Permeatzellen zwischen benachbarten Ultrafiltrationsmembranen und Membranen, die für die Ionen nicht selektiv sind, (iii) lonensammelzellen zwischen benachbarten ionen-selektiven und nicht ionen-selektiven Membranen, und (iv) zwei Zellen, die von den Endwänden und der ersten Membran und der letzten der Membranen, die für Ionen nicht selektiv sind, begrenzt bzw. gebildet werden, (b) Elektrodeneinrichtungen in den letzten erwähnten Zellen für die Anlage eines elektrischen Feldes längs des Restes der Zellen, und (c) Einrichtungen zum Einleiten von fluidem Material, das konzentriert und entionisiert werden soll, in jede der Ultrafiltrationszellen innerhalb des Gehäuses.
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich Umlaufeinrichtungen für die kontinuierliche Zufuhr und Entfernung des fluiden Materials aus den Ultrafiltrationszellen umfaßt, wobei die Umlaufeinrichtungen eine Einrichtung zur Regulation des Druckes des fluiden Materials innerhalb dc- Zelle und einc Einrichtung für die selektive Entnahme der die Zellen verlassenden fluiden Materialien aus der Vorrichtung, und zum Einleiten von zusätzlichem fluidem Material, das entionisiert und konzentriert werden soll, in die Ultrafiltrationszellen umfaßt.
13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß sie zusätzlich Einrichtungen für den unabhängigen Umlauf der fluiden Materialien durch jede der Permeat, Ionensammel- und Endzellen umfaßt.
14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultrafiltrationsmembranen anisotrope, mikroporöse Polyvinylformalmembranen sind.
15. 15. Filtrationsverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Filtrationssystem verwendet, das mindestens ein Ultrafiltrationszellenpaar enthält, das durch eine Ultrafiltrationsmembran, die zwischen einem Paar von ionen-permeablen Membranen angebracht ist, begrenzt wird, wobei die erste der Membranen kationen-selektiv ist und die andere der Membranen mindestens für Kationen und Anionen permeabel ist, ein elektrisches Feld längs des Zellenpaares anlegt, wobei die Kathode an der Seite des Gehäuses der ersten ionen-permeablen Membran angeordnet ist, und ein fluides Material, das gleichzeitig ultrafiltriert und entionisiert werden soll, unter Druck in die erste Zelle des Zellenpaares injiziert, das durch die Ultrafiltrationsmembran und eine der ionen-permeablen Membranen gebildet wird, wodurch die ionischen Bestandteile des fluiden Materials aus dem Zellenpaar in einer Richtung relativ zu dem Feld herausgezogen werden und wobei Permeat durch die Ultrafiltrationsmembran in die zweite Zelle des Zellenpaares gezwungen wird.
16. 16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Filtrationssystem eine Vielzahl von Zellenpaaren umfaßt, und daß das fluide #a#erial gleichzeitig in die erste der Zellen von jedem Zellenpaar eingespritzt bzw. eingeleitet wird.
17. 17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die ionen-permeablen Membranen im wesentlichen für das fluide Material, das in die erste der Zellen der Zellenpaare eingeleitet wird, impermeabel sind, und fluides Material in das Gehäuse an den Seiten der ionen-selektiven Membranen eingeleitet wird, die gegenüber zu den Ultrafiltrationsmembranen liegen.
18. 18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß konzentriertes n fluid es Material aus der ersten der Zellen der Zellenpaare nach der Ultrafiltration und Entionisierung entnommen wird, und daß mindestens ein Teil des entfernten fluiden Materials zurück in die ersten Zellen rezyklisiert wird.
19. 19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil des konzentrierten und entionisierten fluiden Materials aus dem Filtrationssystem entfernt wird und daß gleichzeitig frisches n fluides Material, das ultrafiltriert und entionisiert werden muß, eingeleitet wird, so daß das Flüssigkeitsvolumen in dem System im wesentlichen konstant gehalten wird.
20. 20. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultrafiltrationsmembranen anisotrope, mikrcporöse Polyvinglformalmembranen enthalten.
21. 21. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß ali fluides Material Käsemolke verwendet wird.
22. 22. Filtrations- und Dialysevorrichtung, gekennzeichnet durch: eine Vielzahl vom Membranen, ein Gehäuse, das Einrichtungen zum Tragen der Membranen innerhalb des Gehäuses voneinander entfernt, enthält, Elektrodeneinrichtungen voneinander entfernt angebracht an gegenüberliegenden Seiten der Membranen, um ein elektrisches Feld längs der Membranen anzulegen, wobei mindestens eine der Membranen für Ionen mit einer Polarität selektiv ist, und mindestens eine zweite der Membranen ionen-permeabel und nicht ionen-selektiv ist, eine Ultrafiltrationsmembran, die benachbart zu mindestens einer der ionen-selektiven Membranen angebracht ist, und eine Druckeinrichtung für die Abgabe des zu behandelnden fluiden Materials in den Spalt zwischen mindestens zwei der Membranen.
23. 23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Einrichtung zum Umlauf der Beschickungsflüssigkeit umfaßt, die mit dem Gehäuse an voneinander entfernten Stellen zwischen den Membranen verbunden bzw. gekuppelt ist.
24. 24. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Ultrafiltrationsmembran zwischen einer für Ionen selektiven Membran und einer für Ionen nicht selektiven Membran angebracht ist.
25. 25. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Gruppe der Membranen für Ionen mit einer Polarität selektiv ist und daß die zweite Gruppe der Membranen für Ionen nicht selektiv ist, und daß eine dritte Gruppe von Membranen Ultrafiltrationsmembranen sind, wobei die Membranen der ersten und der zweiten Gruppen von Membranen abwechselnd voneinander entfernt angebracht sind, und die Ultrafiltrationsmembranen zwischen mindestens einigen der Membranen der ersten und zweiten Gruppe angebracht sind.
26. 26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen im allgemeinen planar sind und im allgemeinen in paralleler Beziehung zueinander angebracht sind.
27. 27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Membranen der ersten Gruppe benachbart zu einem Ende des Gehäuses angebracht ist, uno daß eine der Membranen der zweiten Gruppe benachbart zu dem anderen Ende des Gehäuses angebracht ist, und daß eine Einrichtung, die ein Paar Elektroden enthält, vorgesehen ist, und jede der Elektroden benachbart zu jedem Ende des Gehäuses angebracht ist.