DE3782742T2

DE3782742T2 - Verfahren und vorrichtung zur regeneration einer dynamischen membran in eine fluessigkeitstrennanlage.

Info

Publication number: DE3782742T2
Application number: DE8787100531T
Authority: DE
Inventors: Bertil Akerblom; Erik Dahlquist; Sune Flink; Soeren Stridsberg; Milan Teppler
Original assignee: ASEA Atom AB
Current assignee: Valmet Flootek Oy
Priority date: 1986-01-20
Filing date: 1987-01-16
Publication date: 1993-06-09
Anticipated expiration: 2007-01-17
Also published as: DK172874B1; SE451429B; NO166269B; NO870195D0; EP0230928A3; NO870195L; DK26287D0; JPS62171708A; FI96923B; SE8600229D0; EP0230928A2; SE8600229L; DK26287A; NO166269C; FI96923C; FI870157A0; EP0230928B1; CA1302903C; FI870157A; JP2656032B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regeneration einer dynamischen Membran in einer Flüssigkeitstrennanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Die Schicht aus kleinem Partikelmaterial ist porös, und ihre Poren sind feiner als die Löcher oder Poren in der tragenden Matrix. Die Erfindung bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Während der Benutzung einer Trennvorrichtung lagert sich auf der Membran eine Schicht aus ungelösten Bestandteilen aus dem Flüssigkeitsmedium ab. Die Dicke der Schicht nimmt allmählich zu und dadurch wird den durchgehenden Strom allmählich reduziert. Nach einer gewissen Betriebsdauer muß daher die Ablagerung beseitigt werden und die Schicht aus kleinem Partikelmaterial muß erneuert werden oder ihre ursprünglichen Eigenschaften müssen auf andere Weise wieder hergestellt werden. Diese Regeneration der Membran sollte durchführbar sein, ohne die Trennanlage auseinandernehmen zu müssen. Dies wurde bisher durch einen Rückspülstrom mit Flüssigkeit oder komprimierter Luft oder durch Lösung oder Abwaschen der Ablagerung und des Partikelmaterials vorgenommen, worauf eine Aufschlämmung aus neuem Partikelmaterial der Kammer unter solchen Bedingungen zugeführt wird, daß sich eine Schicht des Partikelmaterials auf der Tragmatrix sowie in den durchgehenden Löchern oder Poren der Tragmatrix ablagert.
Aus der "Encyclopedia of Chemical Technology", Seite 316 ist ein Trommelfilter bekannt, der mit einer relativ dicken Auflageschicht (50-150 mm) versehen ist, wobei die gesamte zu filternde Flüssigkeit durch die Auflageschicht hindurchtreten muß. Während des Betriebes wird kontinuierlich ein dünner Oberflächenteil mit einer Dicke von einigen Hundertstel Millimetern von der Auflageschicht durch einen ständig vorrückenden Auflageschichtschaber abgeschert.
Die CH-A-424 724 beschreibt eine Waschanlage für Fasern. Die Substanzen, die von den Fasern abgewaschen werden sollen, passieren zu 100% ein Filtersieb. Eine Waschflüssigkeit wird der zu waschenden Fasermasse beigegeben, welche Waschflüssigkeit durch das Sieb strömt und dabei die von den Fasern abzuwaschenden Substanzen mitnimmt. Innerhalb des zylindrischen Siebes ist ein kontinuierlich rotierender Schaber angeordnet, welcher längs des Siebes schabt, um sicherzustellen, daß die Fasern in eine Lage senkrecht zur Oberfläche des Siebes gestellt werden, und um Fasern zurückzuziehen, die teilweise in den Siebapparat eingedrungen sind. Um die Menge der Fasern zu reduzieren, die in das Sieb hineingesogen werden, sind Maßnahmen getroffen, um den Druck auf beiden Seiten des Siebes auszugleichen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu entwickeln, welches wesentlich einfacher ist und eine bessere Reproduzierbarkeit ermöglicht als die bekannten Verfahren. Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, ein Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu entwickeln.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird Verfahren zur Regeneration einer dynamischen Membran in einer Flüssigkeitstrennanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welches erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den weiteren Ansprüchen 2 und 3 genannt.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung ist durch die Merkmale des Anspruchs 4 gekennzeichnet.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den weiteren Ansprüchen 5-9 genannt.
Gemäß der Erfindung wird eine einfache und wirkungsvolle Regeneration einer dynamischen Membran erreicht, während diese sich noch in der Trennkammer befindet.
Eine mögliche Erklärung des mit der Erfindung erreichten ausgezeichneten Ergebnisses besteht darin, daß das Material von der Tragmatrix in solcher Weise entfernt wird, daß die Porenstruktur der dynamischen Membran intakt bleibt. Partikelmaterial, welches sich in den Poren oder durchgehenden Löchern der Tragmatrix oder deren Eingängen befindet, wird dort während der Behandlung verbleiben. Mit den früheren Regenerationsverfahren war es unmöglich, eine Alterung der Porenstruktur der dynamischen Membran zu vermeiden. Das Zurückspülen verursacht lokale Verstopfungen der Poren und unkontrollierte Bewegungen von Partikeln in anderen Poren und Eingängen zu anderen Poren der Tragmatrix. Wenn die Membran gewaschen wird, kann die Ablagerung einen ausreichenden Kontakt zwischen der Waschflüssigkeit und der Tragmatrix verhindern, und die Behandlung kann sowohl chemische als auch physikalische Veränderungen der Partikelschicht verursachen. Chemische Veränderungen treten sogar in noch stärkerem Maße auf, wenn die Ablagerung durch Auflösen beseitigt wird.
Eine poröse Tragmatrix kann in bekannter Weise aus einem Polymermaterial bestehen, wie zum Beispiel Polyamid, Polypropen, Celluloseacetat und Polysulfon, in Form eines halbdurchlässigen porösen Films, eines dünnen porösen Metallbleches aus zum Beispiel rostfreiem Stahl oder einer Nickellegierung oder einer dünnen porösen Platte aus keramischem Material, wie zum Beispiel Aluminiumoxyd. Die Tragmatrix kann auch aus einem gewebten oder filzigen Produkt mit durchgehenden Löchern bestehen, welches aus Fasern aus Polymermaterial, wie zum Beispiel den oben genannten Beispielsmaterialien, besteht oder aus Polyethylen-Glycol-Terephthalsäuresalz oder Polytetrafluorethylen oder aus Fasern aus einem metallischen Material, wie zum Beispiel rostfreiem Stahl oder aus natürlichen Fasern, wie zum Beispiel Baumwolle. Die Porengröße in einem porösen Partikelmaterial beträgt vorzugsweise 0,01-10 Mikrometer, und die Löcher in der gewebten oder filzigen Tragmatrix haben vorzugsweise eine Größe von 0,5-20 Mikrometern. Die Dicke der Tragmatrix ist vorzugsweise 0,1-10 mm.
Das aus kleinen Partikeln bestehende Partikelmaterial kann in bekannter Weise aus einem anorganischen Oxyd bestehen, wie zum Beispiel Siliciumoxyd, Titandioxyd oder Magnetit, Glas oder einem Polymermaterial, wie zum Beispiel Polystyren. Die in der Schicht verwendeten Partikel haben vorzugsweise eine Größe von 0,001-10 Mikrometern. Sie werden aufgebracht mittels einer Aufschlämmung, die der Tragmatrix in der Trennkammer zugeführt wird, wobei eine Druckdifferenz zwischen der Kammer und der Permeatseite der Membran während der Aufbringung hergestellt wird. Die Porengröße in der Schicht aus Partikelmaterial, die auf der Tragmatrix gebildet wird, beträgt vorzugsweise 0,001-0,5 Mikrometer, und die Dicke der Schicht beträgt vorzugsweise 0,01 Mikrometer bis 0,2 mm. In einigen Fällen kann es zweckmäßig sein, die Partikelschicht aus zwei oder mehr Schichten zu bilden. In diesem Falle sollten die Partikel in der am dichtesten an der Tragmatrix gelegenen Schicht größer sein als in der Schicht/den Schichten, die weiter von der Tragmatrix entfernt sind.
Während der Entfernung der Ablagerung zur Regeneration der dynamischen Membran wird an der dynamischen Membran eine Druckdifferenz von 0,03-0,4 MPa vorzugsweise aufrechterhalten. Wenn gleichzeitig mit der Ablagerung Partikelmaterial in einem solchen Maße entfernt wird, daß sich die Funktion der Membran wesentlich ändert, sollte frisches Partikelmaterial auf die Tragmatrix aufgebracht werden.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung bestehen die Glieder, die von dem Rotor zur Beseitigung der Ablagerungen, die sich auf der dynamischen Membran angesammelt haben, bewegt werden, aus auf dem Rotor angebrachten Schabern. Diese können am Rotor beweglich befestigt und so angeordnet sein, daß sie mit der Partikelmaterialschicht nur in einer Drehrichtung des Rotors in Berührung kommen, während der Kontakt mit dieser Schicht in der anderen Drehrichtung vermieden wird.
Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung befindet sich die Welle des Rotors senkrecht zu der aktiven Fläche der dynamischen Membran, und die beweglichen Glieder werden mit der Schicht aus Partikelmaterial dadurch in Kontakt gebracht, daß der Rotor relativ zu dieser Oberfläche in Längsrichtung der Welle verschoben wird.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen können die beweglichen Glieder aus Bürsten, Filzpolstern, Blättern oder Klappen bestehen, die auf dem Rotor angeordnet sind und aus einem Material bestehen, welches die Tragmatrix nicht beschädigt, vorzugsweise aus einem Material, welches weicher ist als das Material der Tragmatrix.
Das Material kann von der Tragmatrix in einem separaten Arbeitsgang zwischen Trennphasen oder während einer Trennphase erfolgen. Im letztgenannten Falle wird der Rotor kontinuierlich oder abschnittsweise gedreht, während die Trennung von ungelösten Bestandteilen aus der Flüssigkeit stattfindet.
Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen
Fig. 1 eine Ausführungsform einer Trennvorrichtung gemäß der Erfindung im Schnitt durch die Rotorwelle senkrecht zur Ebene der dynamischen Membran,
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel einer dynamischen Membran und des Rotors in Seitenansicht mit der Trennvorrichtung in Richtung der Rotorwelle,
Fig. 3 und 4 verschiedene Ausführungsformen des Rotors in der gleichen Schnittansicht wie in Fig. 1,
Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel eines Rotors im Schnitt senkrecht zur radialen Erstreckung des Rotors.
Die Trennvorrichtung gemäß den Fig. 1 und 2 hat eine zylindrische Kammer 10, die zwei kreisförmige dynamische Membrane 11 und 12 aufnimmt, und zwar je eine an jeder Endfläche der Kammer. Die Ränder der Membrane sind dichtend mit der Kammerwand verbunden (die Dichtungen sind nicht dargestellt). Jede dynamische Membran besteht aus einer porösen Tragmatrix 11a beziehungsweise 12a, die aus einem Polyamidfilm mit einer zentralen kreisförmigen Öffnung 11a&sub1;, 12a&sub2; und einer Schicht 11b beziehungsweise 12b aus kleinen Partikeln aus Siliziumoxyd, die eine Partikelgröße von 0,01 Mikrometer haben. Die Porengröße in dem Material der Tragmatrix beträgt etwa einen Mikrometer und in dem Material in den Schichten 11b und 12b etwa 0,05 Mikrometer. Jeder Polyamidfilm 11a, 12a ist 0,2 mm dick und jede Schicht 11b, 12b ist 20 Mikrometer dick. An einer Stelle der Umfangsfläche ist die Kammer mit einem Eintritt 13 für das in der Trennvorrichtung zu behandelnde Flüssigkeitsmedium versehen. Diametral gegenüber dem Einlaß 13 ist ein Auslaß 14 in der Umfangsfläche zur Entfernung des Teils des Flüssigkeitsmedium, dem sogenannten Rückstand, angeordnet, der an den dynamischen Filtern lediglich entlang fließt. Einlaß 13 und Auslaß 14 sind in den Seitenwänden 15 und 16 der Kammer angeordnet. Der Teil der Flüssigkeit, der durch die dynamische Membran hindurchtritt, das sogenannte Permeat, tritt in Kanäle 17 ein, die in den Stirnwänden 18 und 19 der Kammer angeordnet sind. Die Kanäle 17 stehen in Verbindung mit einem Auslaß 20 für das Permeat. Die Schichten 11b und 12b werden in der Kammer durch eine wässerige Suspension aus Siliziumoxyd hergestellt, die eine Siliziumoxydkonzentration von 200 ppm hat und die in die Kammer unter allmählich zunehmendem Druck eingeführt wird bis die Druckdifferenz an den dynamischen Membranen 0,1 MPa beträgt.
In der Kammer 10 ist ein Rotor 21 angeordnet, im gezeigten Beispiel mit einer Welle 21a, deren Mittellinie mit der Symmetrieachse der zylindrischen Kammer zusammenfällt. Der Rotor trägt zwei sich radial erstreckende Schaufeln oder Blätter 21b. Die Rotorwelle ist dichtend in den Wänden der Kammer gelagert (die Dichtungen sind nicht dargestellt).
Beim Betrieb der Trennvorrichtung wird das Flüssigkeitsmedium mit den ungelösten Bestandteilen kontinuierlich durch den Einlaß 13 in die Kammer 10 der Trennvorrichtung eingeführt. Die Flüssigkeit kann aus Wasser bestehen, welches Öltropfen und feste Partikel enthält, wie zum Beispiel ölhaltiges Wasser von Ölraffinerien und Ölplattformen oder Abwasser aus Werkstätten, in denen Arbeiten mit spanabhebenden Werkzeugen durchgeführt werden. Der größte Teil des Wassers passiert die dynamischen Membrane 11 und 12 als Permeatstrom und kann gewöhnlich über den Auslaß 20 einem aufnehmenden Gefäß oder dergleichen zugeführt werden. Der Rest, der Rückstandstrom, wird über den Auslaß 14 abgeführt und entweder dem verschmutzten Ausgangsmaterial wieder zugeführt oder einer anderen Behandlung unterworfen, gewöhnlich einer ziemlich einfachen Behandlung. Während des beschriebenen Prozesses wird eine Druckdifferenz von vorzugsweise 0,03-03 MPa zwischen dem Medium auf beiden Seiten einer dynamischen Membran aufrechterhalten. Die ungelösten Bestandteile, die sich allmählich auf den dynamischen Membranen ansammeln, werden durch den Rotor 21 beseitigt, sobald die Ablagerung der unlöslichen Bestandteile dem Permeatstrom einen solchen Widerstand entgegensetzen, daß die Trennung nicht länger mit wirtschaftlich zufriedenstellendem Ergebnis durchgeführt werden kann.
Wie aus dem obigen hervorgeht, wird die Regeneration der dynamischen Membrane durch bewegliche Glieder an dem Rotor herbeigeführt, die in Kontakt mit der Schicht aus Partikelmaterial gebracht werden und an der Tragmatrix entlang bewegt werden. In dem in Fig. 3 gezeigten Fall ist der Rotor 21 mit Bürsten 22 versehen, die auf den Schaufeln 21b angeordnet sind oder mit Matten aus Textilmaterial, wie zum Beispiel Polyethylen- oder Polypropenfasern oder einem anderen Polymer oder Baumwollfasern, welche die Ablagerungen beseitigen, wenn der Rotor langsam gedreht wird, vorzugsweise während gleichzeitig Wasser zugeführt wird oder das wässerige Medium am Einlaß 13 behandelt wird und die Flüssigkeit am Auslaß 14 abgeführt wird.
Gemäß den Fig. 4 und 5 können Schaber 23 anstelle von Bürsten verwendet werden in Gestalt von Blättern oder Klappen aus einem Material, zum Beispiel Polypropen oder einem anderen Polymer, welches die Membran nicht beschädigt. Die Schaber sind über Gelenke 24 mit den Rotorschaufeln 21b derart verbunden, daß sie in Betriebsstellung stehen, wenn der Rotor sich in einer Richtung dreht, aber nicht wirksam sind, wenn der Rotor sich in entgegengesetzter Richtung dreht. Die Schaber können also während der Reinigung runtergeklappt werden und während der Regeneration hochgeklappt werden.
Eine noch andere Methode zur Herstellung eines Kontaktes zwischen den dynamischen Membranen und den aktiven Teilen des Rotors, besteht darin, Rotorschaufeln 21b als Schaber zu benutzen. In diesem Falle sollten sie aus einem Material bestehen, welches die dynamischen Membrane nicht beschädigt, und sie sollten relativ zu den Membranen beweglich angeordnet sein in einer Richtung senkrecht zu der Ebene der Membrane. Dies kann entweder erreicht werden, indem man die Rotorwelle 21a mit dem Rotor verschiebbar in einer stationären Kammer 10 anordnet, oder indem man die Kammer verschiebbar längs der Rotorwelle anordnet, während der Rotor in seiner Längsrichtung stationär angeordnet ist.
In allen oben beschriebenen Beispielen können die Siliciumoxydpartikel, wenn erforderlich, wie oben beschrieben nach Beseitigung der Ablagerungen, welche Beseitigung im allgemeinen auch gleichzeitig eine Beseitigung der Schichten 11b und 12b verursacht, erneuert werden.
In den beschriebenen Beispielen wurde angenommen, daß die Regeneration der dynamischen Filter als separater Prozeß zwischen Trennphasen durchgeführt wird. Es ist jedoch auch möglich, die beschriebene Ausrüstung und das beschriebene Material zu verwenden, um die Regeneration abschnittsweise oder kontinuierlich während des Separationsprozesses durchzuführen, das heißt ohne den Prozeß zu unterbrechen. In diesem Falle wird der Rotor abschnittsweise oder kontinuierlich während des Separationsprozesses gedreht, wobei die beispielhaft genannten Glieder an dem Rotor in Kontakt mit den Partikelschichten 11b, 12b gebracht werden und die Glieder längs dieser Schichten bewegt werden.
Die Zeichnungen zeigen eine Trennvorrichtung mit nur einer Kammer. Es ist jedoch gewöhnlich zweckmäßig, eine Gruppe aus mehreren solcher Vorrichtungen zu verwenden, die dicht über einander gestapelt sind und mit ihren Einlässen 13 an ein erstes gemeinsames Rohr angeschlossen sind, mit ihren Auslässen 14 an ein zweites gemeinsames Rohr angeschlossen sind und mit den Auslässen 20 an ein drittes gemeinsames Rohr angeschlossen sind.
Die Erfindung ist auch zur Trennung verschiedener Arten von Aufschlämmungen geeignet, wie zum Beispiel Kohle-Wasser-Aufschlämmungen, Torf-Wasser-Aufschlämmungen und Abwasser aus der Zelluloseherstellung.

Claims

1. Verfahren zur Regeneration einer dynamischen Membran, die sich in einer Flüssigkeitstrennanlage für ein Flüssigkeitsmedium befindet, welches ungelöste Bestandteile enthält, wobei die Trennvorrichtung eine Kammer (10) mit mindestens einer darin angeordneten dynamischen Membran (11, 12) hat, die aus einer Schicht (11b, 12b) aus kleinen Partikeln besteht, die auf einer Tragmatrix (11a, 12a) mit durchgehenden Löchern aufgebracht sind, wie beispielsweise eine poröse dynamische Membran in der Kammer, wobei ein Flüssigkeitsmedium der Trennvorrichtung zugeführt und an der dynamischen Membran entlanggeführt wird, und wobei das Flüssigkeitsmedium in zwei Ströme geteilt wird, von denen einer den Permeatstrom darstellt, der durch die dynamische Membran hindurchtritt, und der andere den Rückstandstrom darstellt, der nur an auf der dynamischen Membran entlangströmt, dadurch gekennzeichnet, daß die während des Betriebes der Trennvorrichtung auf der dynamischen Membran gebildete Ablagerung von der Tragmatrix mit Hilfe einer oder mehrerer beweglicher Glieder (21b, 22, 23) beseitigt wird, die auf einem Rotor (21) in der Kammer angeordnet sind, wobei die genannten beweglichen Glieder (21b, 22, 23) nur dann in mechanischem Kontakt mit der Schicht aus Partikelmaterial gebracht wird, wenn der genannten Rotor in einer bestimmten Drehrichtung rotiert, wobei die beweglichen Glieder (21b, 22, 23) derart längs der Tragmatrix bewegt werden, daß zumindest ein Teil des Partikelmaterials gleichzeitig von der Tragmatrix beseitigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach Beseitigung des Partikelmaterial neues Partikelmaterial auf der Tragmatrix aufgebracht wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beseitigung des Materials von der Tragmatrix (11a, 12a) stattfindet, während die Trennvorrichtung zur Trennung ungelöster Bestandteile aus dem Flüssigkeitsmedium verwendet wird, wobei der Rotor (21) kontinuierlich oder abschnittsweise rotiert wird.

4. Trennvorrichtung mit einer dynamischen Membran für ein Flüssigkeitsmedium, welches ungelöste Bestandteile enthält, mit einer Kammer (10) mit mindestens einer darin angeordneten dynamischen Membran (11, 12), die aus einer Schicht (11b, 12b) aus kleinen Partikeln besteht, die auf einer Tragmatrix (11a, 12a) mit durchgehenden Löchern erzeugt wurden, wie zum Beispiel einer porösen Tragmatrix in der Kammer, und mit Mitteln zur Aufspaltung des Flüssigkeitsmediums in zwei Ströme, von denen einer den Permeatstrom darstellt, der durch die dynamische Membran hindurchtreten soll, und der andere den Rückstandsstrom darstellt, der ausschließlich längs der dynamischen Membran fließen soll, dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere bewegliche Glieder (21b, 22, 23) auf einem in der Kammer angeordneten Rotor (21) montiert sind, wobei die beweglichen Glieder (21b, 22, 23) in mechanischem Kontakt mit der Schicht aus Partikelmaterial gebracht werden können durch Drehung des Rotors 21 in nur einer bestimmten Drehrichtung, wobei die beweglichen Glieder (21b, 22, 23) derart längs der Tragmatrix bewegt werden, daß zumindest ein Teil des Partikelmaterials von der Tragmatrix entfernt wird.

5. Trennvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Rotor (21) bewegten Glieder (21b, 22, 23) aus auf dem Rotor angeordneten Schabern bestehen.

6. Trennvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaber (23) auf dem Rotor (21) derart beweglich angeordnet sind, daß sie nur dann in mechanischen Kontakt mit der Schicht aus Partikelmaterial gelangen, wenn der Rotor in der genannten einen Drehrichtung rotiert.

7. Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 4-6, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegbaren Glieder (21b, 22, 23) Bürsten oder Filzpolster enthalten, die auf dem Rotor angeordnet sind und aus einem Material bestehen, welches weicher als das Material der Tragmatrix ist.

8. Trennvorrichtung nach einem der Ansprüche 4-6, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegbaren Glieder (21b, 22, 23) aus Schaufeln oder Klappen bestehen.