EP0041506A1 - Vorrichtung zur wasserentsalzung und- reinigung durch umgekehrte osmose und ultrafiltration - Google Patents

Vorrichtung zur wasserentsalzung und- reinigung durch umgekehrte osmose und ultrafiltration

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Publication number
EP0041506A1
EP0041506A1 EP80902055A EP80902055A EP0041506A1 EP 0041506 A1 EP0041506 A1 EP 0041506A1 EP 80902055 A EP80902055 A EP 80902055A EP 80902055 A EP80902055 A EP 80902055A EP 0041506 A1 EP0041506 A1 EP 0041506A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
membrane
stacks
membranes
inner housing
permeate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP80902055A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hans Timm
Jürgen MOHN
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
GKSS Forshungszentrum Geesthacht GmbH
Original Assignee
GKSS Forshungszentrum Geesthacht GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by GKSS Forshungszentrum Geesthacht GmbH filed Critical GKSS Forshungszentrum Geesthacht GmbH
Publication of EP0041506A1 publication Critical patent/EP0041506A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D65/00—Accessories or auxiliary operations, in general, for separation processes or apparatus using semi-permeable membranes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/08—Flat membrane modules
    • B01D63/082—Flat membrane modules comprising a stack of flat membranes
    • B01D63/084—Flat membrane modules comprising a stack of flat membranes at least one flow duct intersecting the membranes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/124—Water desalination
    • Y02A20/131—Reverse-osmosis

Definitions

  • the invention relates to a device for water de-salting and water purification by reverse osmosis and ultrafiltration with a plurality of membrane cushions stacked flat in an outer housing, which consist of a drainage layer between the upper and lower membrane layers which are sealingly connected to one another and are flowed over by raw water on the membrane side and discharge the permeate through channels passing through the stack of pillows on the filter side.
  • the object of the present invention is to eliminate the aforementioned difficulties and to provide a device of the type mentioned in the introduction, which requires comparatively low costs in the manufacture, maintenance and operation and, despite a very compact construction, a high degree of efficiency (membrane pressure resistance and effective membrane area per device volume).
  • the above object is achieved according to the invention by the Merkipale specified in the characterizing part of the main claim.
  • FIG. 1 shows an axial section through a device for water desalination and water purification according to the invention
  • FIG. 2 shows a cross section along the section line. II-II of Fig. 1a,
  • FIG. 3 is a front view of the device in viewing direction III-III of FIG. 1,
  • FIG. 4 shows a detail of FIG. 2 on an enlarged scale
  • FIG. 5 shows a top view of the support ring shown in FIG. 4
  • FIG. 6 shows a section along the section line VT-VI of FIG. 5
  • FIG. 7 is a plan view of a spacer for the stacked membrane cushions
  • 8 is a plan view of a membrane cushion, partially broken away
  • FIG. 9 shows an enlarged section through the edge of a membrane cushion according to FIG. 8 and
  • FIG. 10 shows a broken top view of the clamping of adjacent inner housings of the device.
  • the device according to the invention shown in FIG. 1 in an axial section consists of a tubular outer housing 1, which is closed at one end with a dome-shaped bottom 2 formed in one piece.
  • annular flange 3 which contains screw bolts 4 for the cover 5 to be fitted, the design of which is shown in FIG. 3.
  • This cover 5 engages with a shoulder 6 of reduced diameter in a corresponding inner annular recess in the outer housing 1 in order to achieve a sealing closure there.
  • the inner surface of the cover 5 opens into a central brine outlet connection 9 via a conical intermediate section within the recess 7. Furthermore, the cover contains one or more raw water inlet connections 10 outside the recess 7. Finally, the cover 5 also contains three outlet connections below the brine outlet connection 9 11 for the permeate obtained.
  • the lid 5 is held on the outer housing 1 with nuts 12, which can be screwed onto the bolts 4.
  • Each inner housing 8 consists of a trough-like lower part 13, which can be closed at the top with a flat cover 14 (FIG. 1a).
  • the inner housing 8 is open at the end and thus forms a box-shaped flow cross section.
  • ribs 15 on the outside of the side walls of the lower part 13 and the cover 14, which extend perpendicular to the corresponding surfaces.
  • the front ends of the lower parts 13 and the cover 14 are stepped in opposite directions, so that, as shown in FIG. 1, they are well guided and - if desired - can also interlock with one another in a fluid-tight manner.
  • bores 16 and recesses 17 are provided at the ends of the ribs 15, as can be seen above all from FIG. 10.
  • essentially U-shaped clamp brackets 18 engage in the bores 16 of two adjacent ribs 15 and can be hooked into the recesses 17 of the ribs of an adjacent module.
  • a plurality of inner housings 8 can be inserted into the outer housing 1 correctly aligned axially with one another.
  • each membrane cushion 19 (FIG. 8) consists of an upper membrane layer 21 and a lower membrane layer 22, which are sealingly connected to one another at the edge. At least one drainage layer 23 consisting of fine tissue is located between the layers 21 and 22. In order to distribute the liquid flows evenly, it can also be expedient to arrange a separating film 24 and two drainage layers 23a and 23b between the membrane layers 21 and 22. For permeate removal and storage in the inner housing 8, the membrane cushion 19 contains a central opening 35 (FIG. 8).
  • the spacer 20 in the form of a thin plate, preferably made of plastic, contains, as shown in FIG. 7, a multiplicity of through openings 52 and studs distributed in a web-like manner between these, with which the individual membrane cushions 19 are kept at a distance.
  • the stand-off switch 20 contains a central opening 36 for proper storage in the inner housing.
  • the size and shape of the membrane cushions 19 and spacers 20 are adapted to the space present within the inner housing 8 in order to form a block-shaped stack which on the face side of the raw water flowing from the right to the linJ-s in FIG can be exposed.
  • the raw water is guided between the membrane cushions 19 by the spacers 20, which, thanks to the knobs 51 and openings 52, ensure a calming of the water and constant mixing.
  • the resulting pressure drop across the membrane section causes a lower pressure difference to the outer sides of the inner housing 8.
  • the membrane stack 19 absorbs the resulting force due to its inherent stability in the transverse direction tion over the spacers 20 and in the vertical through the membrane stack 19 itself.
  • Raw water can also be fed in between the stacks 19 via bores in the inner housing 8. With this, it follows a favorable influence on the concentration, the flow rate and the pressure drop within the process line.
  • the inner structure of the inner housing 8 is then described with reference to FIGS. 1a and 2.
  • the central pin 25 is used to connect the lower part 13 and cover 14 of the inner housing 8, to secure the position of the membrane stack 19 and to remove the permeate.
  • the central pin 25 passes through a central opening 54 in the cover 14, the central opening
  • the central pin 25 has a longitudinal groove in the area of the membrane stack 19
  • the undore thread 27 is screwed into a connector 28 arranged under the bottom of the lower part 13 and the upper thread 29 is used for screwing on a cap nut 30 which is supported on the outside of the cover 14.
  • Ring seals 31 and 32 which are provided in corresponding ring grooves in the area of the screw connection on the cover 14 and on the bottom of the lower part 13, serve for the external sealing of the bolt 25 with respect to the inner housing 8.
  • the support ring 37 which surrounds the central pin 25 with its lower ring part 40 (FIG. 6), is provided on its circumference with an O-ring 38, which comes into sealing contact when stacked in the area of the central opening 35 of the membrane cushion 19, so that the raw water acting on the outside of the membrane has no access to the permeate discharge channels to be described below.
  • the central opening 36 of the spacer 20 is dimensioned such that this central opening can enclose the O-ring 38 with little play.
  • the upper ring part 39 of the support ring 37 has an inner diameter which is slightly larger than the outer diameter of the central bolt 25, so that an annular gap remains opposite the latter, which serves to remove the permeate.
  • the outer diameter of the upper ring part 39 corresponds essentially to the diameter of the central opening 35 of the membrane cushion 19.
  • the upper ring part 39 of the support ring 37 consists, as in FIG shows, from several segments 41, between which passages 42 are provided. In this way, the permeate emerging in the individual membrane cushions 19 in the region of the drainage layers 23a and 23b can reach the circumference of the central pin 25 via the passages 42.
  • the latter In order to pass the permeate from the circumference of the central bolt 25, the latter has a longitudinal groove 26 which is connected to the inner bore 34 (FIG. 2) of the hollow central bolt 25. In operation, the collected permeate can thus reach the connecting piece 28 via the inner bore 34 of the central bolt 25 in order to be passed on from there.
  • the connecting piece 28 contains two mutually opposite sleeve-shaped ends 43 and 44, which extend in the longitudinal direction of the housing.
  • Ends 43 and 44 are used to connect the permeate discharge pipes 45, which have 46 annular seals 47 in the form of an O-ring at their connecting ends.
  • the permeate drain pipes 45 connect the individual inner housings 8 to one another and to the (permeate) outlet connections 11 provided in the cover 5.
  • the end of the inner housing 8 adjacent to the bottom 2 of the outer housing 1 is closed with a stopper 48 . Due to the pressure drop occurring in the outer housing - 1, the force acting on the individual inner housings 8 and on the stopper 48 ensures that the permeate drain pipes 45 provided with seals are held securely in the connecting pieces 28 even without any screw connection.
  • the elimination of special screw connections facilitates the assembly and disassembly of the device during maintenance and when changing the membrane. If it is desired to separate the permeates of individual membrane stacks 19, further connecting pieces 49 and 50 can be provided on the connecting piece 28, as shown in FIG.
  • the permeate of the inner housing 8 shown on the left in FIG. 1 could be conducted via one of the connecting pieces 49 or 50 to one of the three outlet connections 11 for permeate (FIG. 3), while another of the three outlet connections for permeate with the one shown in FIG 1 inner housing shown on the right is connected.
  • the membrane cushions used for the reverse osmosis preferably consist of vapor-coated polyamides, they can also have an acetate-cellulose coating.
  • a membrane stack housed in an inner casing represents a practical shipping unit that can be quickly and easily removed and installed by the user.
  • the permeate can be removed as a whole, but also individually from each membrane stack.
  • the device according to the invention can be started up and shut down without any problems since the strong pressure changes can no longer have a damaging effect on the membrane stack.
  • raw water is let into the outer housing through the raw water inlet connections 10, which flows through the individual membrane stacks 19 in the area of the spacers 20 from the bottom 2 in succession and leaves the device at the brine outlet connection 9 again as enriched brine.
  • the permeate reaches the drainage layers 23a and 23b and then flows through the central openings 35 of the membrane cushions and the passages 42 to the circumference of the central bolt 25 and then reaches the connecting piece 28 and thus the permeate drain pipe 45 and via the longitudinal groove 26 and the inner bore 34 one of the (permeate) outlet connections 11 in the cover 5 of the outer housing 1.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)

Description

Vorrichtung zur Wasserentsalzung und -reinigung durch Umgekehrt Osmose und Ultrafiltration
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Wasserent salzung und Wasserreinigung durch Umgekehrte Osmose und Ultrafiltration mit einer Mehrzahl von in einem Außengehäuse flachliegend aufeinandergestapelten Membrankissen, welche aus einer DrainageSchicht zwischen-, am Umfang dichtend miteinander verbundenen oberen und unte ren Membranschichten bestehen und membranseitig vom Rohwasser überströmt werden und filterseitig über den Kissenstapel durchquerende Kanäle das Permeat abführen.
Bisher vorgenommene Versuche mit solchen gestapelten Membrankissen haben noch zu keinen praktischen Ergebnissen geführt, da man bisher nicht in der Lage war, eine Vielzahl von dabei auftretenden Schwierigkeiten zu überwinden. Diese Schwierigkeiten lagen dabei vor allem in folgendem: 1. Die Membranflächen wurden ungenügend ausgenutzt, da sie im Stapel sehr eng aneinander liegen und ein gleichmäßiger parallel-strömender Rohwasserabfiiiß über alle Membranflächen nicht sichergestellt werden konnte, so daß sich ein schlechter Wirkungsgrad ergeb. 2. Die Membranen wurden wegen starker mechanischer Bean spruchung durch Druck- und Axialkräfte schnell beschädigt und hatten - vor allem im Hinblick auf ihre relativ hohen Fertigungskosten - eine zu geringe Lebensdauer.
3. Das Zusammenhalten eines Membrankissen-Stapels war äußerst schwierig, da sich bei zu geringer Zusammen spannung ein schlechter Füllungsgrad ergibt und da bei zu starker Zusammenspannung die Membranflächen durch zwischengelegte Abstandshalter beschädigt werden.
4. Bei dem Versuch, die Membrankissen-Stapel mit einer Mehrzahl von Spannbolzen zusammen zu halten, wurde die Bewegungsfreiheit der einzelnen Membrankissen in Richtung ihrer Flächenausdehnung sehr stark beeinträch tigt, so daß schon nach mehrmaligem Einschalten und Ab schalten der Anlage und dem damit verbundenen Druckwechsel die Membranen an den zwischenliegenden Abstandshaltern beschädigt wurden.
5. Das Auswechseln der wegen des Wirkungsgrades sehr großflächig ausgebildeten Membrankissen erforderte einen hohen Arbeits- und Kostenaufwand.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die vorerwähnten Schwierigkeiten zu beseitigen und eine Vorrichtung der einleitend genannten Art zu schaffen, die in der Herstellung, bei der Wartung und beim Betrieb vergleichsweise geringe Kosten erfordert und trotz sehr gedrungener Bauweise einen großen Wirkungsgrad (Membran-Druckfestigkeit und wirksame Membranfläche je Vorrϊchtungsvolumen) aufweist. Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Kennzeichnungsteil des Hauptanspruches angegebenen Merkipale gelöst.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich, aus den Unteransprüchen.
Nachfolgend wird anhand der Zeichnungen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig.1 einen axialen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Wasserentsalzung und Wasserreini gung,
Fig.1a den in Fig. 1 mit A bezeichneten Ausschnitt in vergrößertem Maßstabe,
Fig.2 einen Querschnitt gemäß der Schnittlinie. II-II der Fig. 1a,
Fig.3 eine Stimansicht der Vorrichtung in Blickrichtung III-III der Fig. 1,
Fig.4 eine Einzelheit der Fig. 2 in vergrößertem Maß stabe, Fig.5 eine Draufsicht auf den in Fig. 4 gezeigten Stützring, Fiig.6 einen Schnitt gemäß der Schnittlinie VT-VI der Fig. 5,
Fig.7 eine Draufsicht auf einen Abstandshalter für die gestapelten Membrankissen, Fig.8 eine Draufsicht auf ein Membrankissen,teilweise aufgebrochen,
Fig.9 einen vergrößerten Schnitt durch den Rand eines Membrankissens gemäß Fig. 8 und
Fig.10 eine abgebrochene Draufsicht auf die Verklammerung benachbarter Innengehäuse der Vorrichtung.
Die in Fig. 1 in einem axialen Schnitt dargestellte erfindungsgemäße Vorrichtung besteht aus einem rohrförmigen Außengehäuse 1, welches am einen Ende mit einem einteilig ausgebildeten kuppelförmigen Boden 2 verschlossen ist. Am freien Ende des Außengehäuses 1 befindet sich ein Ringflansch 3, welcher Schraubbolzen 4 für den aufzusetzenden Deckel 5, dessen Ausgestaltung in Fig. 3 dargestellt ist, enthält. Dieser Deckel 5 greift mit einem Ansatz 6 von vermindertem Durchmesser in eine entsprechende innere ringförmige Ausnehmung des Außengehäuses 1 ein, um dort einen dichtenden Abschluß zu erzielen. An der Innenseite des Deckels 5 befindet sich eine etwa quadratisch verlaufende stufenförmige Ausnehmung 7, (Fig. 1) in die ein nachfolgend noch im einzelnen zu beschreibendes Membrankissen 19 enthaltendes Innengehäuse 8 flüssigkeitsdicht eingreifen kann. Die Innenfläche des Deckels 5 mündet über einen konischen Zwischenabschnitt innerhalb der Ausnehmung 7 in einen zentralen Soleauslaßanschluß 9. Des weiteren enthält der Deckel außerhalb der Ausnehmung 7 einen oder mehrere Rohwassereinlaßanschlüsse 10. Schließlich enthält der Deckel 5 auch noch unterhalb des Soleauslaß-Anschlusses 9 drei Auslaßanschlüsse 11 für das gewonnene Permeat. Der Deckel 5 wird auf dem Außengehäuse 1 mit Muttern 12 gehalten, die auf die Schraubbolzen 4 aufgeschraubt werden können. Innerhalb des Außengehäuses 1 befinden sich, wie schon erwähnt, ein oder mehrere in axialer Richtung hintereinander angeordnete Innengehäuse 8, deren Ausbildung am besten aus den Fig. 1a und 2 zu ersehen ist. Jedes Innengehäuse 8 besteht aus einem trogartigen Unterteil 13, welches an der Oberseite mit einem flachen Deckel 14 (Fig. 1a) verschlossen werden kann. Das Innengehäuse 8 ist stirnseitig geöffnet und bildet somit einen kastenförmigen DurchflußQuerschnitt.
Zur Versteifung, zur axialen Verbindung mehrerer Innengehäuse 8 und zur axialen Führung innerhalb des Außengehäuses 1 befinden sich außen an den Seitenwänden des Unterteiles 13 und des Deckels 14 sich senkrecht zu den entsprechenden Flächen erstreckende Rippen 15. Die stirnseitigen Enden der Unterteile 13 und des Deckels 14 sind gegensinnig abgetreppt ausgebildet, so daß sie, wie Fig. 1 zeigt, gut geführt und - falls erwünscht - auch strömungsmitteldicht ineinandergreifen können. An den Enden der Rippen 15 sind, wie vor allem die Fig. 10 erkennen läßt, Bohrungen 16 und Ausnehmungen 17 vorgesehen. In die Bohrungen 16 zweier benachbarter Rippen 15 greifen die umgewinkelten freien Enden von im wesentlichen U-förmigen Klammerbügeln 18 ein, die in den Ausneh-mungen 17 der Rippen eines benachbarten Moduls eingehakt werden können. Im zusammengehakten Zustand können mehrere Innengehäuse 8 korrekt axial aufeinander ausgerichtet gemeinsam in das Außengehäuse 1 eingeschoben werden.
Der Innenraum des durch den Deckel 14 begrenzten Unterteiles 13 wird vollständig vom Stapel der Membrankissen 19 (Fig. 8) und der zwischenliegenden flachen Abstandshalter 20 (Fig. 4 und 7) ausgefüllt. Jedes Membrankissen 19 (Fig. 8 und 9) besteht aus einer oberen Membranschicht 21 und einer unteren Membranschicht 22, welche am Rande dichtend miteinander verbunden sind. Zwischen den Schichten 21 und 22 befindet sich mindestens eine aus Feingewebe bestehende Drainageschicht 23. Um die Flüssigkeitsströme gleichmäßig zu verteilen, kann es auch zweckmäßig sein, zwischen den Membranschichten 21 und 22 eine Trennfolie 24 und zwei Drainageschichten 23a und 23b anzuordnen. Zur Permeatabfuhr und zur Lagerung im Innengehäuse 8 enthält das Membrankissen 19 eine Mittelöffnung 35 (Fig. 8).
Der Abstandshalter 20 in Form eines vorzugsweise aus Kunststoff bestehenden dünnen Plättchens enthält, wie Fig. 7 zeigt, eine Vielzahl von Durchtrittsöffnungen 52 und stegartig zwischen diesen verteilte Noppen 51, mit denen die einzelnen Membrankissen 19 auf Abstand gehalten werden. Zur paßgerechten Lagerung im Innengehäuse enthält der AbStandschalter 20 eine Mittelöffnung 36.
Größe und Form der Membrankissen 19 und Abstandshalter 20 sind dem innerhalb des Innengehäuses 8 vorhandenen Raum angepaßt, um einen blockförmigen Stapel zu bilden, der dem im Außengehäuse 1 in Fig. 1 von rechts nach linJ-s strömenden, über die Anschlüsse 10 zugeführten Rohwasser stirnseitig ausgesetzt werden kann. Das Rohwasser wird zwischen den Membrankissen 19 von den Abstandshaltern 20 geführt, die dabei auch dank der Noppen 51 und Durchbrüche 52 für eine Wasserberuhigung und stetige Durchmischung sorgen. Der entstehende Druckabfall über die Membranstrecke bewirkt eine geringere Druckdifferenz zu den Außenseiten des Innengehäuses 8. Der Membranstapel 19 nimmt die resultierende Kraft durch seine Eigenstabilität auf, in der Querrich tung über die Abstandshalter 20 und in der Senkrechten durch den Membranstapel 19 selbst.
Zwischen den Stapeln 19 kann Rohwasser über Bohrungen am Innengehäuse 8 zusätzlich eingespeist werden. Hiermit er folgt eine günstige Beeinflussung der Aufkonzentration, der Fließgeschwindigkeit und des Druckabfalles innerhalb der Verfahrensstrecke.
Bei einer Versuchsanlage wurden beispielsweise in einem Innengehäuse 8 von 500 x 100 x 100 mm fünfzig Membrankissen 19 und fünfzig zwischengelegte Abstandshalter 20 angeordnet, da die maximalen Dicken der Membrankissen 19 und der Abstandshalter 20 etwa je 1 mm betragen. Hieraus ergibt sich eine wirksame Fläche eines einzelnen Membrankissens von 0,1 m2, d. h. die wirksame Membranfläche eines Membranstapels 19 beträgt 5 m2. Schaltet man, anders als in der Zeichnung, die nur zwei Module zeigt, vier Innengehäuse 8 hintereinander, ergibt sich für eine Gesamtbaulänge von 2,3 m eine Gesamtmembranfläche von 20 m2, was bei einem Rohwasserdurchsatz von 6 m3/h einer Fließgeschwindigkeit auf den Membranen von ca. 40 cm/s entspricht.
Der innere Aufbau des Innengehäuses 8 wird anschließend anhand der Fig. 1a und 2 beschrieben. Zur Verbindung von Unterteil 13 und Deckel 14 des Innengehäuses 8, zur Lagesicherung des Membranstapels 19 und zur Abführung des Permeates dient der Mittelbolzen 25. Der Mittelbolzen 25 durchsetzt eine Mittelöffnung 54 des Deckels 14, die Mittelöffnung
35 (Fig.8) der gestapelten Membrankissen 19, der Mittelöffnung 36 (Fig.7) der zwischenliegenden Abstandshalter 20 und die Bohrung 53 im Boden des Unterteiles 13. Der Mittelbolzen 25 weist im Bereich des Membranstapels 19 eine Längsnut
26 auf und ist an seinem unteren Ende mit einem Außengewinde
27 und am oberen Ende mit einem Außengewinde 29 versehen. Das untore Gewinde 27 ist in ein unter dem Boden des Unterteils 13 angeordnetes Anschlußstück 28 eingeschraubt und das obere Gewinde 29 dient zum Aufschrauben einer Hut mutter 30, die sich auf der Außenseite des Deckels 14 ab stützt. Zur äußeren Abdichtung des Bolzens 25 gegenüber dem Innengehäuse 8 dienen Ringdichtungen 31 und 32, die in entsprechenden Ringnuten im Bereich der Verschraubung am Deckel 14 und am Boden des Unterteils 13 vorgesehen sind. Wenn der Mittelbolzen 25 mit der Mutter 30 angespannt ist ruht der Deckel 14 in der Längsausnehmung 33 und zwischen nicht näher dargestellten axialen Ansätzen unverschiebbar auf dem Unterteil 13.
Das Anfüllen des sich noch im geöffneten Zustand befindlichen Innengehäuses 8 geschieht so, wie es die Fig. 4 zeigt, d. h. es werden abwechselnd immer ein Stützring 37 mit einem Abstandshalter 20 und ein Membrankissen 19 auf den Mittelbolzen 25 aufgefädelt. Der Stützring 37, welcher mit seinem unteren Ringteil 40 (Fig. 6) den Mittelbolzen 25 enganliegend umgibt, ist auf seinem Umfang mit einem 0-Ring 38 versehen, welcher bei der Stapelung im Bereich der Mittelöffnung 35 der Membrankissen 19 dichtend zur Anlage kommt, so daß das die Membranaußenseiten beaufschlagende Rohwasser keinen Zutritt zu den nachfolgend noch zu beschreibenden Permeat-Abführkanälen hat. Die Mittelöffnung 36 des Abstandshalters 20 ist so bemessen, daß diese Mittelöffnung den O-Ring 38 mit kleinem Spiel umschließen kann. Der obere Ringteil 39 des Stützringes 37 hat einen Innendurchmesser, der etwas größer ist als der Außendurchmesser des Mittelbolzens 25, so daß dem letzteren gegenüber ein Ringspalt verbleibt, der der Permeat-Abfuhr dient. Der Außendurchmesser des oberen Ringteils 39 entspricht im wesentlichen dem Durchmesser der Mittelöffnung 35 des Membrankissens 19. Der obere Ringteil 39 des Stützringes 37 besteht, wie Fig.5 zeigt, aus mehreren Segmenten 41, zwischen denen Durchlässe 42 vorgesehen sind. Auf diese Weise kann das in den einzelnen Membrankissen 19 im Bereich der Drainage-Schichten 23a und 23b austretende Permeat über die Durchlässe 42 den Umfang des Mittelbolzens 25 erreichen. Um das Permeat vom Umfang des Mittelbolzens 25 weiterzuleiten, weist der letztere eine Längsnut 26 auf, die mit der Innenbohrung 34 (Fig. 2) des hohl ausgebildeten Mittelbolzens 25 in Verbindung steht. Im Betrieb kann somit das gesammelte Permeat über die Innenbohrung 34 des Mittelbolzens 25 das Anschlußstück 28 erreichen, um von dort weitergeleitet zu werden.
Das Anschlußstück 28 enthält außer der Gewindebohrung für das Außengewinde 27 des Mittelbolzens 25 zwei einander gegenüberliegende muffenförmige Enden 43 und 44, die sich in Gehäuselängsrichtung erstrecken. Diese muffenförmigen
Enden 43 und 44 dienen zum Anschluß der Permeat-Abflußrohre 45, die an ihren Anschlußenden 46 ringförmige Dichtungen 47 in Form eines O-Ringes aufweisen. Die Permeat-Abflußrohre 45 verbinden die einzelnen Innengehäuse 8 untereinander und mit den im Deckel 5 vorgesehenen (Permeat-)Auslaßanschlüssen 11. Wie die Fig. 1 zeigt, ist das dem Boden 2 des Außengehäuses 1 benachbarte Ende des Innengehäuses 8 mit einem Stopfen 48 verschlossen. Aufgrund des sich im Außengehäuse - 1 einstellenden -Druckgefälles sorgt die an den einzelnen Innengehäusen 8 und am Stopfen 48 angreifende Kraft dafür, daß die mit Dichtungen versehenen Permeatabflußrohre 45 auch ohne jegliche Schraubverbindung sicher in den Anschlußstücken 28 gehalten werden. Der Fortfall vonbesonderen Schraubverbindungen erleichtert die Montage und Demontage der Vorrichtung bei der Wartung und bei dem Membranwechsel. Falls es erwünscht ist, die Permeate einzelner Membranstapel 19 getrennt abzuführen, können am Anschlußstück 28 - wie Fig. 2 zeigt - weitere Anschlußstücke 49 und 50 vorgesehen werden, die dann keine Verbindung mit den benachbarten Mittelbolzen 25 haben.
Es könnte also beispielsweise das Permeat des in Fig. 1 links dargestellten Innengehäuses 8 über eines der Anschlußstücke 49 oder 50 zu einem der drei Auslaßanschlüsse 11 für Permeat (Fig. 3) geleitet werden, während ein anderer der drei Auslaßanschlüsse für Permeat mit dem in Fig. 1 rechts dargestellten Innengehäuse verbunden ist.
Die für die Umkehr-Osmose verwendeten Membrankissen bestehen vorzugsweise aus bedampften Polyamiden, sie können auch auch eine Azetat-Zellulose-Beschichtung haben.
Ein erfindungsgemäß ausgebildeter Membrankissen-Modul zeichnet sich durch nachfolgende Vorteile aus:
a) Durch die Verwendung kleiner Einzelmembrankissen kann der Ausschuß bei der Fertigung erheblich verringert werden.
b) Man kann kleinere in einem Innengehäuse zusammengefaßte Baueinheiten vor dem Einbau prüfen.
c) Die Druckfestigkeit der einzelnen Membrankissen ist erheblich erhöht und kann bis zu 100 bar betragen.
d) Ein in einem Innengehäuse untergebrachter Membran stapel stellt eine praktische Versandeinheit dar, die sich beim Anwender schnell und einfach aus- und einbauen läßt. e) Das Permeat kann sowohl insgesamt, aber auch aus jedem Membranstapel einzeln abgeführt werden.
f) Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich problemlos an- und abfahren, da die starken Druckänderungen sich nicht mehr schädigend auf den Membranstapel auswirken können.
Bei Betrieb der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird über die Rohwassereinlaßanschlüsse 10 in das Außengehäuse Rohwasser eingelassen, welches vom Boden 2 aus der Reihe nach die einzelnen Membranstapel 19 im Bereich der Abstandshalter 20 durchströmt und als angereicherte Sole die Vorrichtung amSoleauslaßanschluß 9 wieder verläßt. Beim Überfließen der Membranen erreicht das Permeat die Drainageschichten 23a und 23b und fließt dann über die Mittelöffnungen 35 der Membrankissen und die Durchlässe 42 zum Umfang des Mittelbolzens 25 und erreicht dann über die Längsnut 26 und die Innenbohrung 34 das Anschlußstück 28 und damit das PermeatAbflußrohr 45 und einen der (Permeat-)Auslaßanschlüsse 11 im Deckel 5 des Außengehäuses 1.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Wasserentsalzung und Wasserreinigung durch Umgekehrte Osmose und Ultrafiltration mit einer Mehrzahl von in einem Außengehäuse flachliegend aufein andergestapelten Membrankissen, welche aus einer Drainage schicht zwischen am Umfang dichtend miteinander verbun denen oberen und unteren Membranschichten bestehen und membranseitig vom Rohwasser überströmt werden und fil terseitig über den Kissen-tapel durchquerende Kanäle das Permeat abführen, dadurch gekennzeichnet, daß die aufein andergestapelten Membrankissen (19) und zwischen ihnen liegende plattenförmige Abstandshalter (20) in einem zu sätzlichen, dem Stapelquerschnitt angepaßten Innengehäuse (8) angeordnet sind, welches aus einem beidendig offenen trogförmigen Unterteil (13) von rechteckigem
Querschnitt und einem sich allein auf dem Unterteil (13) abstützenden flachen Deckel (14) besteht, daß die Abstandshalter (20) zwischen benachbarten Membrankissen (19) flächengleiche, beiseitig genoppte (51) und mit Durchbrüchen (52) versehene, vorzugsweise aus Kunststoff bestehende Folien sind, daß für jeden Membranstapel (19) ein einziger Mittelbolzen (25) vorgesehen ist, der sich durch den flachen Deckel (14) und die gestapelten mit Mittelöffnung (35) versehenen Membrankissen (19) und Abstandshalter (20) erstreckt und am Boden des Unterteils (13) befestigt ist, daß der Mittelbolzen (25) eine Längsnut (26) aufweist und von einer Mehrzahl, die einzelnen Membrankissen (19) auf Abstand haltenden Stützringen (37) umgeben ist, welche mit Ringdichtungen (38) an den Membranschichten (21,22) anliegen und über in ihnen angeordnete Durchlässe (42) eine Verbindung zur Längsnut (26) des Mittelbolzens (25) hergestellt ist, daß das Innengehäuse (8) in einem rohrförmigen Außengehäuse (1) angeordnet ist, dessen eines Ende mit einem vorzugsweise kuppeiförmigen Boden (2) verschlossen ist und am gegenüberliegenden Ende einen abnehmbaren Deckel (5) aufweist, in dem sich der Rohwassereinlaßanschluß (10),der Soleauslaßanschluß (9) und der Auslaß (11) für Permeat befindet, daß die Innengehäuse (8) an ihren stirnseitigen Enden so ausgebildet sind, daß sie muffenartig ineinandergreifen, und daß unter dem Boden des Unterteils (13) am Mittelbolzen (25) mit dessen Längεnut (26) in Verbindung stehende L- oder T-förmige Anschlußstücke (28) für Permeatabflußrohre (45) vorgesehen sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß im Außengehäuse (1) eine Mehrzahl von hintereinanderliegenden, Membrankissen (19) enthaltenden Innengehäusen (8) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifungs- und Führungsrippen (15) der Innengehäuse (8) an ihren Enden mit Ausnehmungen (17) bzw. Bohrungen (16) versehen sind, in die zwei Innengehäuse (8) in axialer Richtung verbindende Klammern (15) einlegbar sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Permeatabflußrohre (45) unter Zwischenschaltung von Dichtungsringen (47) axial beweglich in die Anschlußstücke (28) eingesetzt sind.
EP80902055A 1979-11-09 1980-10-28 Vorrichtung zur wasserentsalzung und- reinigung durch umgekehrte osmose und ultrafiltration Withdrawn EP0041506A1 (de)

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