NL1019565C2 - Membraanfilterbehuizing en werkwijze welke deze toepast. - Google Patents

Description

Membraanfilterbehuizing en werkwijze welke deze toepast

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een membraanfilterbehuizing, omvattende een behuizing met een voedingstoevoer, een permeaatafvoer en ten minste twee in de behuizing geplaatste membraanfliters, waarbij een te filtre-5 ren fluïdum via de voedingstoevoer aan de membraanfilters wordt toegevoerd en een permeaatstroom via de permeaatafvoer wordt afgevoerd. Tevens heeft de uitvinding betrekking op een werkwijze welke een dergelijke membraanfilterbehuizing toepast .

10 Een membraanfilterbehuizing zoals hiervoor genoemd is in de praktijk algemeen bekend. Bij dergelijke bekende membraanfilterbehuizingen worden een aantal membraanmodules in een behuizing geplaatst, zodanig dat deze in de doorstro-mingsrichting in hoofdzaak in eikaars verlengde liggen. Een 15 dergelijke bekende behuizing staat weergegeven in figuur 1. Duidelijk te onderscheiden is dat bij deze bekende filterbehuizingen de aansluitingen voor toevoer van te filtreren vloeistof en afvoer van permeaat zich bevinden aan de uiteinden van de behuizing.

20 Deze bekende behuizingen hebben echter een aantal nadelen. De eerste is dat de membraanfluxen door de afzonderlijke membraanmodules in de behuizing niet gelijk zijn. De voeding wordt aan de behuizing 1 toegevoerd bij 2 en het permeaat wordt bij 3 afgevoerd. De voeding zal derhalve ter fil-25 tratie door de membraanmodulen 4, 4', 4", 4"' naar de centrale permeaatleiding 5 worden gevoerd. De druk aan de voedings-zijde is derhalve nabij I het hoogst en bij II het laagst. Overeenkomstig is de druk aan de permeaatzijde bij I het laagst en bij II het hoogst. De membraanflux is door het lo-30 kale drukverschil over het membraan (transmembraandrukver-schil, TMD) gedreven en is gelijk aan de voedingsdruk minus de permeaat-tegendruk. Door de drukverliezen zal deze TMD nabij I derhalve duidelijk hoger zijn dan nabij II. Deze drukverschillen worden veroorzaakt door de tegengesteld lopende 35 drukverliezen aan de voedingszijde en permeaatzijde in de membraanfiltermodules. Ten gevolge van de ongelijkmatige mem- ' . 0 -· ..... · 2 braanflux zullen de eindstandige modules zwaarder vervuilen en daardoor een hogere mechanische belasting ondergaan. De meer in het midden geplaatste modules zullen in eerste instantie minder bijdragen aan de filtratie. Een dergelijke on-5 gelijkmatige membraanflux leidt bovendien tot het probleem dat niet alle membraanmodules bij reiniging in gelijke mate zullen worden gereinigd. Dit heeft een negatieve invloed op de gehele productiviteit van de membraanfilterinstallatie.

De onderhavige uitvinding heeft tot doel een verbe-10 terde membraanfilterbehuizing te verschaffen waarmee de hiervoor genoemde nadelen niet worden verkregen. Met name heeft de uitvinding tot doel een verbeterde membraanfilterbehuizing te verschaffen waarmee een gelijkmatige membraanflux wordt verschaft. Tenslotte heeft de uitvinding tot doel een mem-15 braanfilterbehuizing te verschaffen waarmee de constructie, en het in bedrijf houden van een filterinstallatie welke dergelijke membraanfilterbehuizingen toepast worden vereenvoudigd .

Ter verkrijging van de hiervoor genoemde doelen ver-20 schaft de uitvinding een membraanfilterbehuizing als in de aanhef genoemd en welke wordt gekenmerkt doordat één van de permeaatafvoer en de voedingstoevoer zich bevindt aan ten minste één uiteinde van de membraanfilterbehuizing en een ander daarvan zich bevindt op een positie in hoofdzaak in het 25 midden van de membraanfilterbehuizing. De behuizing volgens de uitvinding heeft een aantal duidelijke voordelen. Het belangrijkste voordeel is een gelijkmatig drukverschil van de voedingszijde ten opzichte van de permeaatzijde, ongeacht de positie in de behuizing. Een ander voordeel is de ruimtelijke 30 scheiding tussen de voedingsleidingen en de permeaatleidingen.

De membraanfilterbehuizing volgens de uitvinding is zeer goed toepasbaar bij "dead end" filtratie. Indien alle membraanmodules een gelijk drukverlies hebben, wat in de 35 praktijk als uitgangspunt kan worden genomen, zullen alle modules een gelijke transmembraandruk hebben en derhalve een gelijke membraanflux. Hierdoor wordt een zeer gelijkmatige belasting van de gehele installatie verkregen. Ook de veront- 3 reiniging zal in dit geval bij alle membraanmodules in hoofdzaak gelijk zijn. Reiniging van de membraanmodules is daardoor zekerder uit te voeren. Een extra voordeel van de uitvinding is dat vanwege het feit dat het drukverschil van voe-5 dingszijde ten opzichte van permeaatzijde gelijk is, deze drukverliezen niet meer bijdragen aan een ongelijke verdeling van de membraanflux over de afzonderlijke modules. Derhalve is het niet noodzakelijk om de drukverliezen van afzonderlijke modules te minimaliseren.

10 Indien de voedingstoevoer zich in het midden van de behuizing bevindt en de permeaatafvoer aan de uiteinden, is het ook zeer eenvoudig om aan de uiteinden van de membraan-filterbehuizingen een extra aansluiting te voorzien teneinde concentraatstroom af te voeren. Daardoor is de inrichting 15 zeer eenvoudig toepasbaar als "cross flow" filter. Daardoor is de transmembraandruk zeer nauwkeurig in te stellen. Aan de voedingszijde kan de drukgradiënt, van voedingstoevoer tot concentraatafvoer, worden ingesteld door de stroomsnelheid aan de voedingszijde te regelen. De drukgradiënt aan de per-20 meaatzijde zal worden veroorzaakt door de stroomverliezen daar. De drukgradiënt aan de voedingszijde kan nu gelijk worden gesteld aan de permeaatzijdige drukgradiënt door de stroomsnelheid geschikt in te stellen. Daardoor zal ook de transmembraandruk over de gehele membraanfilterbehuizing in 25 hoofdzaak gelijk zijn. Volgens een andere uitvoeringsvorm wordt de stroomsnelheid aan de permeaatzijde ingesteld. Daardoor kan hetzelfde voordeel worden verkregen.

Uiteraard is het ook mogelijk om de beide stroomsnelheden in te stellen.

30 Volgens de eerste verdere voorkeursuitvoeringsvorm wordt de behuizing volgens de uitvinding gekenmerkt doordat de voedingstoevoer zich bevindt op een positie in het midden van de membraanfilterbehuizing en permeaatafvoeren zich bevinden aan de beide uiteinden van de membraanfilterbehuizing. 35 Daardoor kunnen eenvoudig de hiervoor genoemde uitvoeringsvormen worden gerealiseerd.

Een andere uitvoeringsvorm voorziet erin dat voe-dingstoevoeren aan de beide uiteinden van de membraanfilter- 4 behuizing zijn voorzien en een permeaatafvoer op een positie in hoofdzaak in het midden van de membraanfilterbehuizing is voorzien. Volgens een verdere uitvoeringsvorm kan daarbij ook een concentraatafvoer op een positie in hoofdzaak in het mid-5 den van de membraanfilterbehuizing zijn voorzien.

De uitvinding voorziet ook in een filtersysteem waarbij ten minste één membraanfilterbehuizing volgens de uitvinding wordt toegepast. Bij voorkeur wordt een dergelijk filtersysteem toegepast waarbij deze meerdere membraanfilter-10 behuizingen volgens de uitvinding toepast. Daarbij kunnen de respectievelijke voedingstoevoeren aan een gemeenschappelijke voedingsleiding zijn verbonden, zodanig dat de respectievelijke membraanfilterbehuizingen achtereenvolgens worden aangestroomd.

15 De uitvinding wordt hierna verder uitgelegd aan de hand van de bijgevoegde tekeningen. De figuren geven daarbij voorkeursuitvoeringsvormen van de uitvinding weer, zonder de uitvinding daartoe te beperken.

Fig. 1 toont een membraanfilterbehuizing volgens de 20 stand der techniek.

Fig. 2 tot en met 2D tonen een membraanfilterbehuizing volgens een eerste uitvoeringsvorm.

Fig. 3 en 3A tonen een membraanfilterbehuizing volgens een tweede uitvoeringsvorm van de uitvinding.

25 Fig. 4 toont een membraanfilterbehuizing volgens de uitvinding tijdens het reinigen daarvan.

Figuur 1 toont een membraanfilterbehuizing 1 volgens de stand der techniek. Hierbij zijn voedingaansluitingen 2 en 30 permeaatafvoeraansluitingen 3 voorzien. Het te filteren fluïdum stroomt door de membraanmodules 4, 4', 4", 4"' en wordt via de permeaatleiding 5 afgevoerd.

Volgens de uitvinding wordt volgens een eerste uitvoeringsvorm voorzien in een membraanfilterbehuizing zoals 35 getoond in figuur 2. De behuizing 1 omvat een aantal modules 4, 4', 4" en 4"', en een centrale permeaatleiding 5. De voeding wordt toegevoerd via de voedingsaansluiting 2 en permeaat wordt afgevoerd via permeaatafvoer 3. Hoewel de permeaat- 5 leiding 5 doorlopend is uitgevoerd, kan deze, indien gewenst, bij positie II worden weggelaten. Wanneer te filtreren fluïdum bij de toevoer 2 wordt toegevoerd zal dit door de mem-braanmodules 4' en 4, respectievelijk 4" en 4 ' 1 ' , dringen en 5 in de permeaatleiding 5 geraken, en vervolgens via 3 de behuizing verlaten. De filtratie wordt verzorgd door het trans-membraandrukverschil tussen de voedingszijde en de permeaat-zijde. Het drukverschil is de drijvende kracht. Vanwege druk-verliezen in de membraanmodules zal de druk aan de voedings-10 zijde nabij II hoger zijn dan nabij I. Overeenkomstig zal de druk in de permeaatleiding nabij II hoger zijn dan nabij I. Dit heeft tot gevolg dat het drukverschil over de gehele mem-braanfilterbehuizing in hoofdzaak constant is. Daardoor wordt een zeer constante membraanflux over de gehele membraanfil-15 terbehuizing verkregen.

Figuur 2A toont een filtersysteem waarbij twee van de in figuur 2 getoonde membraanfilterbehuizingen aan elkaar zijn geschakeld. Voeding wordt toegevoerd via de centrale voedingsleiding 6. De stromingsrichting van de voeding door 20 de centrale voedingsleiding 6 is aangeduid met pijl A. In eerste instantie zal voeding de membraanfilterbehuizing 1 bereiken en vervolgens de membraanfilterbehuizing 1'. Doordat nabij de positie 7 het voedingsdebiet groter zal zijn dan nabij positie 8, heeft het de voorkeur de diameter van de voe-25 dingsleiding 6 bij positie 7 groter uit te voeren. In het algemeen zal, bij identieke membraanfilterbehuizingen 1 en 1', het debiet nabij de positie 7 tweemaal zo groot zijn als nabij positie 8. De diameter van de voedingsleiding 6 zal nabij positie 7 derhalve bij voorkeur zoveel groter zijn dan nabij 30 positie 8 dat de stroomsnelheid van de voeding gelijk is.

Aangezien het in het algemeen constructietechnisch lastig is om de centrale voedingsleiding 6 een andere diameter te geven dan de diameter van de membraanfilterbehuizing 1 wanneer deze laatste daar direct op is aangesloten, zoals ge-35 toond in figuur 2A, heeft het de voorkeur de aansluiting van de membraanfilterbehuizingen op de gemeenschappelijke voedingsleiding 6 uit te voeren op een wijze zoals getoond in figuur 2B. Daardoor kan de diameter eenvoudig naar wens wor- 6 den aangepast. Bijvoorbeeld is het mogelijk om de voedings-leiding nabij de positie 9, zoals getoond in figuur 2B, conisch uit te voeren (niet getoond) teneinde de overgang van de grotere diameter (niet getoond) nabij 7' naar de kleinere 5 diameter (niet getoond) nabij 8' geleidelijk te maken.

De uitvinding is uiteraard niet beperkt tot het filtersysteem waarbij slechts twee membraanfilterbehuizingen 1, 1' tot een filtersysteem worden gecombineerd. Ook meerdere membraanfilterbehuizingen kunnen worden gecombineerd onder 10 oplevering van een filtersysteem met vele membraanfilterbehuizingen. Figuur 2C toont een uitvoeringsvorm waarbij vier membraanfilterbehuizingen tot een filtersysteem worden gecombineerd. Echter, in een dergelijk geval zal het met name de voorkeur hebben om de diameter van de gemeenschappelijke voe-15 dingsleiding 6 aan te passen aan de daardoorheen te voeren hoeveelheid voeding, zoals is weergegeven in Fig. 2B.

Figuur 2D toont een verdere uitvoeringsvorm van het filtersysteem zoals getoond in figuur 2C, waarbij "cross flow" filtratie mogelijk is. Daartoe zijn extra aansluitingen 20 10 voorzien, welke zich bevinden aan de uiteinden van de mem braanf ilterbehuizingen 1, 1', 1", 1"'. Voeding wordt bij de voedingtoevoer 2 toegevoerd en geraakt via de membraanmodules 4, 4', 4", 4"' in elk van de membraanfilterbehuizingen 1, 1', 1", 1"', in de centrale permeaatleidingen 5, 5', 5", 5"'. Het 25 permeaat stroomt vervolgens naar de permeaatafvoeren 3. De voeding doorstroomt de membraanmodules 4' en 4, resp. 4" en 4"' en wordt als concentraat nabij 11, 11' resp. 12, 12' afgevoerd. De stroomsnelheid van de voeding door de membraanmodules kan worden gevarieerd. Hiertoe kunnen bijvoorbeeld 30 kleppen aan de voedingszijde 2 of aan de concentraatafvoer-zijde zijn voorzien. Ook kan de permeaatstroom worden geregeld door bijvoorbeeld kleppen aan de permeaatafvoerzijde 3 te voorzien. Door juiste regeling van de verschillende stromen kan de drukgradiënt over de inrichting worden geregeld.

35 Door op juiste wijze de stroomsnelheden van voeding en/of permeaat te regelen kan de drukval over de gehele inrichting constant worden gehouden. Daardoor is een zeer gelijkmatige transmembraanflux te verkrijgen.

7

Figuur 3 toont een andere uitvoeringsvorm van de membraanfilterbehuizing volgens de uitvinding, waarbij een membraanfilterbehuizing 1 aan de uiteinden is voorzien van voedingtoevoeraansluitingen 2 en een permeaatafvoer 3 in het 5 midden van de filterbehuizing 1. Het werkingsprincipe van de membraanfilterbehuizing volgens figuur 3 is in hoofdzaak gelijk aan dat van figuur 2. De stromingsrichting door de mem-braanmodules is echter omgekeerd.

Een nadere uitvoeringsvorm van de membraanfilterbe-10 huizing volgens figuur 3 is weergegeven in figuur 3A. De in figuur 3A getoonde uitvoeringsvorm is geschikt voor cross flow. De voeding wordt via de voedings toevoeren 2 aan de f ilterbehuizing 1 toegevoerd, en doorstroomt de verschillende membraanmodules 4, 4', 4", 4"' van de verschillende behuizin-15 gen 1, 1', 1", 1"' en wordt via een centrale concentraataf-voerbuis 13 als concentraat afgevoerd. Tevens bevindt zich, zoals in figuur 3A getoond, in de centrale concentraatafvoer-buis 13 een centrale permeaat af voerbuis 14. Hierdoor wordt een zeer compacte constructie voor cross flow-filtratie ver-20 kregen. Tevens wordt hierbij het voordeel verkregen dat de drukval op een constante waarde te regelen is.

Figuur 4 toont een uitvoeringsvorm waarbij de fil-terinrichting volgens figuur 2 wordt gespoeld. Spoelwater wordt daartoe nabij de permeaatafvoer 3 toegevoerd, stroomt 25 via de permeaatleiding 5 door de membraanmodules 4 heen en geraakt via de voedingstoevoer 2 uit de inrichting. Het systeem zoals is weergegeven in Fig. 3 kan op overeenkomstige wijze door terugspoeling van permeaat worden gereinigd.

Voorts is het een deskundige in de techniek duide-30 lijk dat de filtreerrichting kan worden omgekeerd. In de figuren 1-3 vindt de filtratie van binnen naar buiten plaats. Dit betekent dat de voeding zich aan de binnenzijde van de membraan bevindt terwijl het permeaat zich aan de buitenzijde bevindt. Wanneer de filtreerrichting wordt omgekeerd zal de 35 voeding zich aan de buitenzijde en het permeaat zich aan de binnenzijde bevinden (zie Fig. 4). Het spoelen van de installatie zal dan in omgekeerde richting plaatsvinden.

De uitvinding is niet beperkt tot de in de figuren 8 weergegeven uitvoeringsvormen. Nadere modificaties zijn aan een deskundige, na het lezen van de voorgaande beschrijving duidelijk en vallen binnen de beschermingsomvang van de onderhavige uitvinding. In geval van onderhoud is het bijvoor-5 beeld mogelijk om de behuizing te laten leeglopen door de in de figuren weergegeven aansluitingen 14 (zie bijvoorbeeld figuur 2C) te openen. Door bijvoorbeeld ook de overige aansluitingen bijvoorbeeld te openen, of daar juist druk op te zetten, wat bijvoorbeeld met vloeistof of met gas kan geschie-10 den, bijvoorbeeld perslucht, kan de gehele inrichting eenvoudig worden geleegd.

Claims (11)

1. Membraanfilterbehuizing, omvattende een behuizing met een voedingstoevoer, een permeaatafvoer en ten minste twee in de behuizing geplaatste membraanfliters, waarbij een te filtreren fluïdum via de voedingstoevoer aan de membraan- 5 filters wordt toegevoerd en een permeaatstroom via de permeaatafvoer wordt afgevoerd, met het kenmerk, dat één van de permeaatafvoer en de voedingstoevoer zich bevindt aan ten minste één uiteinde van de membraanfilterbehuizing en een ander daarvan zich bevindt op een positie in hoofdzaak in het 10 midden van de membraanfilterbehuizing.

2. Membraanfilterbehuizing volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de voedingstoevoer zich bevindt op een positie in het midden van de membraanfilterbehuizing en aan de beide uiteinden van de membraanfilterbehuizing permeaatafvoe- 15 ren zijn voorzien.

3. Membraanfilterbehuizing volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat concentraatafvoeren nabij de uiteinden van de membraanfilterbehuizing zijn voorzien.

4. Filtersysteem, met het kenmerk, dat het ten minste 20 één membraanfilterbehuizing volgens één der voorgaande conclusies omvat.

5. Filtersysteem volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat dit membraanfilterbehuizingen volgens conclusie 2 of 3 omvat welke elk met de respectievelijke voedingstoevoer 25 aan een gemeenschappelijke voedingsleiding zijn verbonden, zodanig dat de respectievelijke membraanfilterbehuizingen achtereenvolgens worden aangestroomd.

6. Filtersysteem volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de diameter van de gemeenschappelijke voedingslei- 30 ding in de stromingsrichting afneemt.

7. Filtersysteem volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de diameter zodanig afneemt dat de stroomsnelheid van de te filtreren vloeistof in hoofdzaak in de gehele gemeenschappelijke voedingsleiding gelijk is. 35

8 . Membraanfilterbehuizing volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat voedingstoevoeren aan de beide uiteinden van de membraanfilterbehuizing zijn voorzien en een permeaataf-voer zich bevindt op een positie in hoofdzaak in het midden van de membraanfilterbehuizing.

9. Membraanfilterbehuizing volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat een concentraatafvoer zich bevindt op een positie in hoofdzaak in het midden van de membraanfilterbehuizing.

10. Filtersysteem, met het kenmerk, dat het ten min-10 ste één membraanfilterbehuizing volgens één der conclusies 8 of 9 omvat.

11. Werkwijze voor het filtreren van een vloeistof, met het kenmerk, dat deze een membraanf ilterbehuizing volgens één der voorgaande conclusies toepast.