DE4133974C2 - Filtrationssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Filtrationssystem zur Abtrennung von ungelösten Stoffen aus einem flüssigen Medium gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Abtrennung von Feststoffen aus flüssigen Medien geschieht in der Regel durch Druckfiltration, wobei das zu filtrierende Medium senkrecht gegen eine Filterfläche gedrückt wird. Diese Art der Filtration hat jedoch den Nachteil, daß die Filterporen schnell verblocken und somit der Filterwiderstand steigt. Um diesen Nachteil zu überwinden, wurde die Tangentialflußfiltra­ tion eingeführt, bei der die Filteroberfläche nicht senkrecht, sondern parallel angeströmt wird. Häufig wird aber auch hierbei keine kontinuierliche Reinigung erzielt, so daß es vor allem bei längerer Anwendung zu Verblockungen kommt.

Aus US-PS 3 109 809 ist ein Tangentialfluß-Filter bekannt, bei dem das Problem des Verblockens durch eine Drucksteuerung gelöst wird. Hierbei wird der Druckabfall "durch das Filter" Δp1 = p1 - p2 so gewählt, daß dieser immer größer ist als der Druckabfall "entlang dem Filter" Δp2 = p1 - p3. Eine solche Drucksteuerung ist aber aufwendig und läßt sich nicht bei jeder Anwendung realisieren.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Filtrationssystem zur Abtrennung von Feststoffen aus einem flüssigen Medium zu schaffen, bei dem auf einfache Weise ein Verblocken der Filterporen verhindert wird und das sich für den kontinuierlichen Betrieb eignet.

Erfindungsgemäß erfolgt die Lösung der Aufgabe dadurch, daß bei dem aus einer mehrschichtigen Gewebeanordnung bestehenden Filter (3) die Trenngrenzen der einzelnen Gewebeschichten (4, 5, 6) in Richtung des Filtratstromes zunehmen. Durch diese Anordnung werden bei einem parallelen Überströmen der Filteroberseite Partikel, die sonst einen Filter verblocken würden, am Eindringen in das Filtermedium gehindert und konzentriert.

Der besondere Vorteil eines solchen Filtrationssystems besteht in den verhältnismäßig langen Betriebszeiten. Hierdurch werden erstmals Anwendungen möglich, für die bislang keine Filtra­ tionssysteme geeignet waren.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 Ein Filtrationsmodul in einem schematischen Längs­ schnitt,

Fig. 2 das Gehäuse des Filtrationssystems in einem schemati­ schen Längsschnitt und

Fig. 3-5 Fließschemata von Verfahren, die das Filtrations­ system ermöglicht.

Das Filtrationssystem 23 weist in bevorzugter Ausgestaltung ein in Fig. 1 dargestelltes Filtermodul 1 auf. Dieses Filtermodul 1 besteht aus einem Filterelement 2 und hieran endabschnittsseitig angeordneten, meist ringförmigen Paßstücken 7, 8 zum Einfügen in das Filtergehäuse 10. Schweiß­ nähte 9 können beispielsweise für eine Verbindung zwischen dem Filterelement 2 und den Paßstücken 7, 8 sorgen. Darüber hinaus können Dichtelemente 11 vorgesehen sein, die z. B. manschetten­ förmig ausgestaltet sind und die Paßstücke 7, 8 umgeben.

Das Filterelement 2 ist vorwiegend zylinderförmig ausgebildet und besitzt eine Wandung, die aus einer Anordnung von einzelnen Gewebeschichten 4, 5, 6 besteht. Das Besondere dieser Gewebean­ ordnung liegt darin, daß jede einzelne Gewebeschicht eine defi­ nierte Porengröße mit einer entsprechenden Trenngrenze für par­ tikuläre Stoffe aufweist, wobei die Trenngrenzen in Richtung des Filtratstromes zunehmen. Wird das Filterelement 2 von dem zu filtrierende Medium in Längsrichtung durchströmt, entsteht ein Parallelfluß entlang der inneren Filteroberfläche 12. Ein Teil des strömenden Mediums wird hierbei filtriert, während ein anderer Teil das Filterelement 2 unfiltriert wieder verläßt.

Der auf diese Weise filtrierte Teil des Mediums bildet den Fil­ tratstrom, der senkrecht zur Strömungsrichtung des zu filtrie­ renden Mediums durch das Filter 3 aus dem Filterelement 2 aus­ tritt.

Zur Abtrennung größerer Partikel aus einem flüssigen Medium hat es sich bewährt, die einzelnen Gewebeschichten 4, 5, 6 aus ei­ nem metallischen Werkstoff auszubilden. Geeignet sind hierfür vor allem gesinterte Metallvliese und Metallgewebe, welche weitgehend druckstoßunempfindlich sind und auch durch abrasive Partikel nicht zerstört werden. Es ist aber auch möglich, die einzelnen Gewebeschichten 4, 5, 6 aus anderen Materialien wie z. B. beständigen Kunststoffen herzustellen.

Mindestens zwei dieser Gewebeschichten 4, 5, 6 bilden das Fil­ ter 3, wobei grundsätzlich die innere Gewebeschicht 6 die kleinste Trenngrenze aufweist. Durch diese asymmetrische Anord­ nung der Gewebeschichten wird es möglich, Filterporen 13 zu er­ zeugen, deren Durchmesser in Richtung des Filtratstromes zuneh­ men, wodurch der Strömungswiderstand für das Filtrat minimiert ist. Zur Abtrennung von Feststoffen aus einem flüssigen Medium werden Trenngrenzen der inneren Gewebeschicht 6 von 1 bis 200 µm bevorzugt. Sollen grobe Bestandteile des flüssigen Mediums abgetrennt werden, kann der Porendurchmesser aber auch größer sein.

Durch die allgemein zylindrische Ausbildung des Filterelements 2 entsteht ein freier Fließkanal 14, dessen Höhe sich nach der gewünschten Fließleistung bestimmt. Als vorteilhaft hat sich hierbei ein Durchmesser von mindestens 5 mm erwiesen.

Fig. 2 zeigt schließlich das Filtergehäuse 10, in welches das Filtermodul 1 eingesetzt ist. Es weist Bohrungen 15, 16 zur Aufnahme der Paßstücke 7, 8 auf und bildet im eingebauten Zu­ stand des Filtermoduls 1 eine Kammer 17, die das Filterelement 2 umgibt. In dieser sammelt sich das Filtrat, das über die seitlich angeordneten Auslaßstutzen 18, 19 austreten kann.

Anwendung

Das erfindungsgemäße Filtrationssystem 23 eignet sich bevorzugt zur kontinuierlichen Aufbereitung von feststoffhaltigen Flüs­ sigkeiten. Überall dort, wo man z. B. On-line-Messungen zur kontinuierlichen Bestimmung von Inhaltsstoffen in Flüssigkeiten durchführt, kann das Filtrationssystem zur Probenvorbereitung eingesetzt werden. Solche Messungen gewinnen zunehmende Bedeu­ tung in der Abwassertechnik. Hier müssen Feststoffe regelmäßig entfernt werden, bevor eine On-line-Messung erfolgen kann. Im Gegensatz zu den bislang verwendeten Filtrationssystemen mit mikroporösen Membranen bzw. Ultrafiltrationsmembranen bieten die vorliegenden Systeme deutlich verlängerte Standzeiten, so daß die herkömmlichen Systeme ersetzt oder zumindest durch ein Vorschalten des Filtrationssystems verbessert werden können.

Ein weiterer Anwendungsvorteil ergibt sich bei der Behandlung heißer Bierwürze. Tangentialflußfiltrationssysteme mit mikropo­ rösen Membranen haben hierbei den Nachteil, daß sich sehr schnell eine die Membran überlagernde Schicht ausbildet, die vor allem höhermolekulare Stickstofffraktionen, auf die es bei diesen Prozessen besonders ankommt, zurückhält. Das vorliegende Filtrationssystem 23 läßt diesen Stickstoff passieren und trennt lediglich die Feststoffpartikel ab.

Die in Fig. 3 bis 5 dargestellten Fließschemata zeigen schließ­ lich die Anordnung des erfindungsgemäßen Filtrationssystems 23 im Aufarbeitungsprozeß.

Fig. 3 zeigt ein Verfahren zur kontinuierlichen Abtrennung von Feststoffen aus einem Flüssigkeitsstrom, wie z. B. aus einem Ab­ wasserteilvolumenstrom. Über einen Zulauf 20 gelangt das unfil­ trierte Abwasser in einen Auffangbehälter 21 und anschließend über eine Pumpe 22 zu dem Filtrationssystem 23. Über einen Pum­ pen-Bypass 24 kann das Konzentrat wieder dem unfiltrierten Ab­ wasser zugeführt werden, von dem ein Teilstrom 26 z. B. wieder zurück in die Kläranlage gelangt. Das entstehende Filtrat 25 kann schließlich zur On-line-Messung verwendet werden.

Fig. 4 zeigt ebenfalls ein Verfahren zur kontinuierlichen Ab­ trennung von Feststoffen aus einem Flüssigkeitsstrom, aller­ dings mit der Besonderheit, daß dem Filtrationssystem 23 ein weiteres Filtrationssystem 27 nachgeschaltet ist. Das Filtra­ tionssystem 27 kann hierbei mit mikroporösen Membranen oder mit Ultrafiltrationsmembranen ausgestattet sein. Durch diese Anord­ nung wird erreicht, daß vorgereinigtes Abwasser 28 z. B. zur On­ line-Messung verwendet werden kann, während eine weitergehende Filtration z. B. zur Abtrennung von Mikroorganismen über das nachgeschaltete Filtrationssystem 27 möglich ist.

Fig. 5 zeigt schließlich ein Verfahren, mit dem auch große Flüssigkeitsmengen im kontinuierlichen Betrieb filtrierbar sind. Dieses Verfahren eignet sich z. B. zur Behandlung von Roh­ wasser, Abwasser, Fermenterbrühen, Biermaische oder Bier-Heiß­ würze. An die Stelle eines Auffangbehälters kann in diesem Fall auch ein Prozeßbehälter 29 treten, von dem aus das zu filtrie­ rende Medium über eine Zuführ- oder Druckerhöhungspumpe 30 zu Kreislaufpumpen 31, 32 gefördert wird. Diese leiten das Medium durch die Filtrationssysteme 23a-d, die parallel und/oder in Serie angeordnet sein können. Das gebildete Konzentrat kann an­ schließend über die Leitung 33 rezirkuliert werden oder über eine Leitung 34 wieder in den Prozeßbehälter 29 gelangen. Hier­ bei kann ein Ventil 35 vorgesehen sein, das für einen ausrei­ chenden Filtrationsdruck sorgt. Das Konzentrat kann aber auch über eine Abschlemmleitung 36 geführt werden, die zusätzlich ein Druckhalteventil 37 aufweisen kann. Das gebildete Filtrat wird schließlich über die Leitungen 38, 39 abgeführt.

Claims (2)

1. Filtrationssystem zur Abtrennung von ungelösten Stoffen aus einem flüssigen Medium, bei dem die zu filtrierende Flüs­ sigkeit parallel zur Oberfläche eines mehrschichtigen Filters geführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei dem aus einer mehrschichtigen Gewebeanordnung bestehenden Filter (3) die Trenngrenzen der einzelnen Gewebeschichten (4, 5, 6) in Richtung des Filtratstromes zunehmen.

2. Filtrationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die die kleinste Trenngrenze besitzende Gewebeschicht (6) eine Trenngrenze von 1 bis 200 µm aufweist.