用於微米過濾、超級過濾和納米過濾的過濾裝置的製作方法

2023-05-20 06:28:21 2

專利名稱：用於微米過濾、超級過濾和納米過濾的過濾裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於微米過濾、超級過濾和納米過濾的過濾裝置，它以一些平面 過濾器元件為基礎。
背景技術：
用於汙水處理的傳統的過濾系統包括一些具有一個管形或箱形的殼體的過濾模 塊，在殼體內相互平行隔開距離設置多個平面過濾器元件。在各鄰近的平面過濾器元件之 間的間隙形成可通流的通道。一種稱為原料液體或瀦留物(Retentat)的待過濾液體經由 輸入管道或通過在殼體壁中的孔導入管形或箱形的殼體的內部、流過各平面過濾器元件並 且通過在殼體壁中的排出管道或其他的孔流走。各平面過濾器元件構成為墊或盒並且包括 一個在兩側被過濾薄膜包圍的柔性的排水層或剛性的排水板。各平面過濾器元件具有一些 流出孔，在其上連接管道，通過這些管道排出過濾過的液體，以下稱為滲透物(Permeat)。EP 0 707 884 Al公開了一種用於通過逆向滲透以及微米過濾、超級過濾和納米 過濾對特別是生物有機的流動介質進行過濾和分離的裝置，包括一個壓力密封的殼體、一 個用於流動介質的進口和一些用於瀦留物以及滲透物的出口和一些設置在殼體中的、彼此 隔開距離的過濾器元件，它們按照一種薄膜墊的類型構成並且被流動介質繞流，其中在殼 體中連續或並排地設置一些分開的薄膜墊的堆疊並且這些堆疊連續的或並排地被流動介 質繞流。EP 0 129 663 Al教導了一種通過逆向滲透、超級過濾、超量過濾、氣體滲透等用 於水脫鹽的薄膜墊，其中在兩個外部的薄膜之間設置一個排水層並且排水層在一個邊緣區 域連續和壓力密封地與各薄膜焊接。WO 03/037489A1描述了一種用於汙水處理的過濾模塊，包括多個具有至少一個用 於對其內腔進行排水的孔的過濾器薄膜袋，它們垂直、平行並且優選以彼此等距離地這樣 設置在一個剛性支架中，以致處在各鄰近的過濾器薄膜袋之間的中間間隙強烈地被一種液 體流過。好些已知的過濾模塊具有一個箱形的殼體，包括兩個或四個成對地對置設置的側 壁，它們周圍限定一個具有矩形流動橫截面的空間容積。在殼體中這樣安裝一些過濾器元 件，以致它們形成一個堆疊，它將由殼體包圍的空間容積分為多個大小相等的流動通道。例 如在殼體的兩個相互對置設置的側壁中的一些成對並且相互平行設置的凹槽用於容納和 保持各平面過濾器元件。各平面過濾器元件的邊緣側的部分藉助粘合連接或機械保持固定 在各凹槽中。通常將原料液體藉助一個泵沿垂直方向從下向上導過過濾模塊。特別是採用利用 空氣運行的大型泵(氣壓提升機)。在這方面將壓縮空氣從一個壓縮機中經由壓縮空氣管 道在過濾模塊的下方導入原料液體中。在導入位置通過導入的空氣大大降低原料液體的密 度並且通過上升力形成一種從下向上定向的流動。壓縮空氣管道一般配備許多排出噴嘴。 符合目的的是，各排出噴嘴均勻地這樣設置在一個水平平面內，以致流出的空氣形成一個上升的氣泡地毯，它部分地或完全地充滿過濾模塊的流動橫截面。
在一個過濾系統的連續運行中，將直徑過大以致通不過過濾薄膜的微孔的粒子阻 擋並且部分地保持粘附在過濾薄膜的表面上。通過這樣的粒子在一個較長的時間間隔內的 積累形成濾餅，它越來越堵塞薄膜表面並且降低系統的過濾效能。為了重新建立或獲得過濾效能，在一個設備維修框架中定期清潔薄膜表面。為此 機械地例如藉助刷子或水槍或藉助反向衝洗清潔薄膜表面。部分地伴隨著機械清潔也採用 化學的清洗劑(化學機械清潔)。在安裝和維修時以及在運行過程中，部分地巨大的機械力作用到過濾裝置上。這 在大型的具有大於30m2過濾面積的過濾模塊情況下為了維修從待過濾的液體中抬起時尤 其如此。被微孔的過濾薄膜容納和留住的液體以顯著的程度增加過濾模塊的重量。例如在 汙水淨化設施中大量使用情況下，待過濾的液體還包含較高粘性的泥漿，它粘附在各平面 過濾器元件的表面上並且在因維修而決定抬起過濾裝置時實際上並不流走。該種特別在密 封封裝的各平面過濾器元件中幾乎完全塞滿各間隙的粘附泥漿可以具有高達幾百千克的 重量。因此在因維修而決定抬起時，過濾裝置的承載結構必須經得起高達一噸的負荷。為了確保為此需要的機械穩定性或剛度，藉助一個由一種穩定的材料例如鋼構成 的框架或角撐加強和相互連接過濾裝置的各側壁。這種類型的框架結構在製造中是耗費和 昂貴的並且還提高了過濾裝置的自重。

發明內容
與之相應，本發明的目的是，提供一種過濾裝置，它以緊湊的結構形式在具有高的 機械穩定性和小的自重的同時具有一種特別高的過濾密度，即相對於其自重具有大的過濾 面積。本發明的另一目的在於，提供一種過濾裝置，它結構簡單並且可成本低地進行制 造、具有小的流動阻力和小的堵塞傾向並且易於維護和修理。通過一種過濾裝置達到該目的，該過濾裝置包括一個平面過濾器模塊和一個底座 殼體，該底座殼體具有一個由一種聚合物的多孔的輕型結構材料或一種纖維複合材料構成的壁。


下面參照各附圖的簡化視圖更詳細地描述本發明。其中圖1 一個包括平面過濾器模塊和底座殼體的過濾裝置的透視分解圖；圖Ia各平面濾過器元件懸掛在平面過濾器模塊中的細節圖；圖2按圖1的過濾器裝置的視圖，具有部分剖開的底座殼體和平面過濾器模塊；以 及圖3按圖1的過濾裝置的透視的剖視圖。
具體實施例方式圖1以透視圖示出一個按照本發明的具有一個平面過濾器模塊10和一個底座殼 體20的過濾裝置的一種實施形式。平面過濾器模塊10包括至少一個過濾器平面元件或多個相互平行隔開距離的平面過濾器元件11和一個由兩個端板13和四個框架杆14構成的 模塊框架。平面過濾器元件11包括一個包圍在兩個外部的過濾薄膜之間並且在兩側與各過 濾薄膜大面積粘附連接的排水層。排水層符合目的地包括一個或多個由紗線、長絲或由聚 合物和/或金屬製成的金屬絲構成的織物、一個或多個由聚合物構成的非織造織物、或該 織物和非織造織物的一種組合。優選排水層構成為間隔針織物。各過濾薄膜可以整面地、逐點地或線形地通過塗覆一種反應粘合劑或加熱粘合劑 與排水層連接。熱焊接以及超聲波焊接同樣是適合於製造這樣的複合結構的方法。各平面過濾器 元件11在各邊緣上壓力密封地封閉，以便阻止原料液體的侵入。平面過濾器元件11的各過濾薄膜優選由聚醚碸、聚碸、聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯、 聚醯胺、聚醚亞胺、醋酸纖維素、再生纖維素、聚烯烴、氟聚合物組成並且可以例如通過這樣 的方式進行製造，即用聚合物溶液給非織造織物和織物塗層並在一個接著的相轉化步驟中 產生所述微孔，或以適合的方式拉伸聚合物薄膜，以便產生符合要求的微孔。許多這樣的 過濾薄膜在商業上是可買到的，例如稱為NADIR 的薄膜(NADIR過濾有限公司，維斯巴 登)或Celgard 平板薄膜(Celgard 有限公司，Charlotte，NC, USA)。優選各平面過濾器元件11和各端板13具有一種矩形形狀。在本發明的備選的實 施形式中，各平面過濾器元件和各端板13可以具有一種正方形的、六角形的、圓形的、橢圓 形的或其他的幾何形狀。在本發明的一種特別優選的實施形式中，各端板13由一種聚合物的輕型結構材 料製造。聚合物的輕型結構材料涉及一種多孔的複合材料，它例如包括一種蜂窩結構(蜂 巢)，或涉及一種纖維複合材料。此外按照本發明，使用具有一種空腔結構的聚合物的輕型 結構材料。各平面過濾器元件11都具有四個液體密封的、設置在平面過濾器元件11的各角 附近的保持孔，四個保持杆15通過這些保持孔。各保持杆15在其兩端分別設有(未示出 的)螺紋。在各鄰近的平面過濾器元件11之間分別設置四個管形的間隔件27，它們包住 各保持杆15。各保持杆15的長度大於由各平面過濾器元件11和各間隔件構成的堆疊的 厚度，其中各保持杆15的設有螺紋的各端從各端板13伸出。藉助擰緊在各保持杆15的各 端側的螺紋上的螺母(未示出)，將由各平面過濾器元件11構成的堆疊固定在各保持杆15 上。為了將各平面過濾器元件11保持在模塊框架中，各保持杆15藉助懸掛裝置固定 在各框架杆14上。作為懸掛裝置優選使用鋼彈簧28。各鋼彈簧設置在由各平面過濾器元 件11構成的堆疊的各角附近，特別是設置在各端側的和與其鄰近的平面過濾器元件之間。為了排出滲透物，各平面過濾器元件11經由各滲透孔和設置在各鄰近的平面過 濾器元件11之間的管狀滲透管道相互連接。並且在堆疊中的第一平面過濾器元件11經由 一個另外的滲透管道與一個在鄰近的端板13中的滲透通道連接。在端板13的朝向外部的、 與平面過濾器元件11對置的側面上，滲透通道與一個排出管道12連接。滲透孔和滲透管 道的形狀這樣構成，以致在對於在其外側上流動的原料液體的低的流動阻力的同時，各滲 透管道具有一個大的內部的橫截面積。在圖1所示的實施形式中，各滲透管道具有例如一個以垂直延伸的、細長的由一個矩形和兩個端側的圓弧組成的橢圓形式的管橫截面。如由圖2顯而易見的那樣，底座殼體20包括一個由四個由一種聚合物的輕型結構 材料構成的殼體壁21的壁、一些殼體支腳24、兩個到四個支承板條22、一些通風管25和一 個壓縮空氣輸入管道26，該壓縮空氣輸入管道與各通風管25連接。各支承板條22用於將 平面過濾器模塊10支承或保持在底座殼體20中，其中端板13安置在支承板條22上。各 支承板條22藉助固定裝置23例如螺栓、螺釘等固定在殼體壁21上。各通風管25具有排 出噴嘴30。在底座殼體20中也可以省去各殼體支腳，從而將所述壁直接安置在地面或一個 基座上。各支承板條22也可以通過超聲波焊接或熱焊接與各殼體壁21連接。支承板條22 由與殼體壁21相同的聚合物的材料製成，但也可以由與其不同的材料構成。優選殼體壁21由聚合物的空腔板構成 。空腔板由熱塑性聚合物如聚丙烯或聚乙 烯按工業標準製造並且在商業上作為半成品以大量的變化形式提供。這些空腔板例如藉助 擠壓模塑法或通過專門的熱接合方法製成。在本發明的另一種實施形式中，至多三個殼體壁21可以由聚合物的實體材料板 構成而只有一個唯一的殼體壁21由一種聚合物的空腔板製成。此外還適用一些實施形式， 其中兩個殼體壁21是實體材料板而兩個殼體壁是空腔板或三個殼體壁21是空腔板而一個 殼體壁21是實體材料板。按照本發明，具有彼此氣密分開的空腔29的空腔板是優選的。通過配合精確地剪 裁和接合由這種類型的空腔板構成的各殼體壁21，各空腔29形成一個在各殼體壁21內延 伸的環形管道的系統。經由一個或多個這樣的環形管道，壓縮空氣管道26與各通風管25 連接。下面使用概念「過濾密度」，以便描述在乾燥的狀態下過濾面積對過濾裝置的自重 的比例。按照本發明的過濾裝置具有一個5至10m2/kg優選10至15m2/kg且特別優選15 至20m2/kg的過濾密度。優選的是，底座殼體具有一個大於200kg優選大於500kg且特別優選大於IOOOkg 的承載能力。按照本發明，構成底座殼體的壁的聚合物的輕型結構材料涉及一種多孔的複合材 料。多孔的複合材料構成為一層或多層的，其中至少一個層具有一種多孔的結構。概念「多 孔的結構」描述一種具有大量空隙(蜂窩)的材料，它被各板條和/或各壁包圍。各板條和 各壁可以規則地按一種周期的空間柵格的方式設置或完全不規則地延伸。各空隙可以相互 連接或通過封閉的壁彼此完全分開。優選的是，多孔的複合材料包括一種蜂窩結構例如包 括一些規則設置的六邊形的蜂窩形式的空隙。在本發明的另一種實施形式中，聚合物的輕型結構材料涉及一種由一種母體聚合 物構成的纖維複合材料，該母體聚合物包含像例如碳素纖維那樣的天然或合成來源的增強 纖維。增強纖維在纖維複合材料的製造過程中加到一種母體聚合物的熔體中。優選的是。聚合物的輕型結構材料包括一種空腔結構。按照本發明，底座殼體的 壁的特徵在於下列特性
權利要求
用於微米過濾、超級過濾和納米過濾的過濾裝置，包括一個平面過濾器模塊(10)和一個底座殼體(20)，該底座殼體具有一個由一種聚合物的多孔的輕型結構材料或一種纖維複合材料構成的壁(21)。
2.按照權利要求1所述的過濾裝置，其特徵在於，聚合物的輕型結構材料是一種多孔 的複合材料。
3.按照權利要求2所述的過濾裝置，其特徵在於，多孔的複合材料具有一種蜂窩結構 (蜂巢)。
4.按照權利要求1所述的過濾裝置，其特徵在於，聚合物的輕型結構材料是一種由一 種母體聚合物構成的纖維複合材料，該母體聚合物包含天然的或合成的增強纖維。
5.按照權利要求1所述的過濾裝置，其特徵在於，聚合物的輕型結構材料具有一種空 腔結構，該空腔結構包括彼此氣密分開的空腔(29)。
6.按照權利要求1所述的過濾裝置，其特徵在於，壁(21)包括四個殼體壁，其中至少一 個殼體壁具有一種聚合物的空腔結構，而其餘的殼體壁由聚合物的實體材料構成。
7.按照權利要求6所述的過濾裝置，其特徵在於，兩個殼體壁具有一種聚合物的空腔 結構而兩個殼體壁由聚合物的實體材料製成。
8.按照權利要求6所述的過濾裝置，其特徵在於，三個殼體壁具有一種聚合物的空腔 結構而一個殼體壁由聚合物的實體材料構成。
9.按照權利要求1所述的過濾裝置，其特徵在於，底座殼體(20)的壁(21)具有一個小 於350kg/m3優選小於300kg/m3且特別優選小於250kg/m3的單位體積重量。
10.按照權利要求1所述的過濾裝置，其特徵在於，底座殼體(20)的壁(21)具有一個 0. 5至20cm優選1至IOcm且特別優選2至8cm的厚度。
11.按照權利要求1所述的過濾裝置，其特徵在於，按照DIN53421垂直於壁表面測量， 底座殼體(20)的壁(21)具有一個大於IMPa優選大於2MPa且特別優選大於3MPa的機械 抗壓強度。
12.按照權利要求1所述的過濾裝置，其特徵在於，按照DIN53421垂直於壁表面測量， 底座殼體(20)的壁(21)具有一個大於60MPa優選大於IOOMPa且特別優選大於200MPa的壓縮模量。
13.按照權利要求1所述的過濾裝置，其特徵在於，按照DIN53294垂直於壁表面測量， 底座殼體(20)的壁(21)具有一個大於0. 5MPa優選大於IMPa且特別優選大於2MPa的抗剪強度。
14.按照權利要求1所述的過濾裝置，其特徵在於，按照DIN53294垂直於壁表面測量， 底座殼體(20)的壁(21)具有一個大於IOMPa優選大於15MPa且特別優選大於20MPa的剪切模量。
15.按照權利要求1所述的過濾裝置，其特徵在於，底座殼體(20)配備有一個用於一個 大型泵的通風裝置(25、26)。
16.按照權利要求15所述的過濾裝置，其特徵在於，通風裝置包括一個壓縮空氣輸入 管道(26)和一些具有排出噴嘴(30)的通風管(25)，其中各通風管(25)經由一個在底座殼 體(20)的壁(21)中的單獨的空腔(29)與壓縮空氣輸入管道(26)連接。
17.按照權利要求15所述的過濾裝置，其特徵在於，壓縮空氣輸入管道(26)密封地穿過壁(21)的一個殼體壁並且與各通風管(25)直接連接。
18.按照權利要求1的過濾裝置，其特徵在於，過濾裝置的過濾面積與重量的比例為5 至10m2/kg優選10至15m2/kg且特別優選15至20m2/kg。
19.按照權利要求1所述的過濾裝置，其特徵在於，底座殼體(20)具有一個大於200kg 優選大於500kg且特別優選大於1000kg的承載能力。
20.按照權利要求1所述的過濾裝置，其特徵在於，底座殼體(20)配備或不配備殼體支 腳(24)，並且各殼體壁的內面具有一些用於支承平面過濾器模塊(10)的支承板條(22)。
全文摘要
本發明涉及一種過濾裝置，包括一個平面過濾器模塊(10)和一個底座殼體(20)，在底座殼體上安置所述平面過濾器模塊。底座殼體(20)的一個壁(21)由一種聚合物的多孔的輕型結構材料或一種纖維複合材料構成。
文檔編號B01D63/08GK101952017SQ200980106169
公開日2011年1月19日 申請日期2009年2月23日 優先權日2008年3月3日
發明者K·基恩, R·福格特, S·克勞斯 申請人:邁納德膜技術(廈門)有限公司