DE2446157B2 - Einrichtung zur Wasserentsalzung durch umgekehrte Osmose - Google Patents

Description

Das Hauptpatent betrifft eine Einrichtung zur Wasserentsalzung durch umgekehrte Osmose mit einer doppelseitig mit Membranen belegten porösen Scheibe zwischen zwei in Reihe verbundenen, druckgiCiCiicn iinu stromungsgccmcinscii gicicncn i\Onwasserkammern, die von zwei dem Membranelement dichtend anliegenden, zusammengespannten Halbzellen gebildet werden, wobei die Halbzellen einen schwach kegelförmigen Zellboden haben und auf gegenüberliegenden Seiten in den ringförmigen Kammerwänden mit Spaltöffnungen für Zu- und Abgang des Rohwassers versehen sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, die im wesentlichen als Versuchsanlage vorgesehene Wasserentsalzungseinrichtung nach dem Hauptpatent so zu verbessern und auszugestalten, daß auf wirtschaftlicher Basis eine technische Trinkwassergewinnung aus natürlichen Salz- und Brackwässern ermöglicht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe waren nachfolgende Gesichtspunkte besonders zu berücksichtigen:

a) Eine ausreichende Produktionsleistung durch eine relativ große Gesamtmembranfläche bei relativ geringem Druckabfall in der Anlage.

b) Ein einer Dauerbeanspruchung standhaltender Aufbau aus korrosionsunempfindlichen Werkstoffen bei ausreichender Druckfestigkeit.

c) Senkung der Betriebskosten und der Ausfallzeiten durch Vereinfachung der in regelmäßigen Abständen erforderliche Membranauswechslung.

d) Die Ermöglichung einer mechanischen Reinigung der Membranen an Ort und Stelle.

Unter Berücksichtigung der vorgenannten Gesichtspunkte wird die einleitend genannte Aufgabe gelöst durch einen Stapel von abwechselnd aufeinanderfolgenden plattenförmigen Trennwänden und mit

Membranen belegten porösen Scheiben, wobei in die . plattenförmigen Trennwände einerseits die Rohwasserkammern als flächige Ausnehmungen und andererseits die Verbindungen zwischen den Rohwasserkammern als Kanäle eingearbeitet sind.

Die Unteransprüche beinhalten Ausgestaltungen der Erfindung nach dem Hauptanspruch.

Bei einer solchen erfindungsgemäßen Einrichtung können als Verbindung zwischen zwei zur gleichen Trennwand gehörigen Rohwasserkammern die Trennwand durchsetzende Bohrungen vorgesehen sein, welche in einer spaltförmigen, zur Membranfläche angeschrägten Vertiefung liegen. Vorzugsweise ist dann als Verbindung zwischen zwei von benachbarten Trennwänden begrenzten Rohwasserkammern ein um den Rand der mit Membranen belegten Scheibe herumgeführter Ringkanal vorgesehen, dessen symmetricche Hälften von gleichartigen Halbkanälen in den benachbarten Trennwänden gebildet werden. Auch diese Ringkanäle münden vorzugsweise über spaltförmige zur Membranfläche angeschrägte Vertiefungen in die Rohwasserkammern -sin.

Dadurch, daß sich erfindungsgemäß der von den Trennwänden und den zwischen ihnen liegenden Membranelementen gebildete Stapel mit einer einzigen mittig angreifenden Schraubspindel zusammenspannen läßt, wird die gesamte Einrichtung leicht demontierbar, so daß man an Ort und Stelle den Membranwechsel und/oder die Reinigung ausführen kann. Die Verwendung eines zusammengepreßten Stapels gibt auch die Möglichkeit, die Trennwände aus gieß- oder preßfähigen Kunststoffen herzustellen, so daß praktisch mit dem durchfließenden Wasser keine Metallteile in Berührung kommen.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und den Zeichnungen, in denen eine bevorzugte Ausfüurungsform der Erfindung beispielsweise veranschaulicht ist. Es zeigt

Fig. 1 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Wasserentsalzungseinrichtung,

Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Trennwand gemäß einem Schnitt nach der Schnittlinie H-II der Fig. 1,

Fig. 3 eine vergrößerte Darstellung des zwei benachbarte Trennwände verbindenden Ringkanals entsprechend dem Ausschnitt III der Fig. 1.

Die erfindungsgemäße Etitsalzungseinrichtung besteht aus einer beliebigen, d. h. den Anwendungsumständen frei anpaßbaren Anzahl von im wesentlichen gleichartigen, aus gieß- oder preßfähigem Kunststoff bestehenden Trennwänden 30, zwei als Endplatten vorgesehenen Trennwänden 31 und zwischen diesen Trennwänden angeordneten scheibenförmigen Membranelementen 32. Die Rohwasserführung ist so in das Iänere der aue Kunststoff bestehenden Trennwände 30 verlegt, daß die Einrichtung einen geschlossenen Block mit endständiger Zufuhr bzw. Abfuhr des unter Druck strömenden Salzwassers bildet. Das Rohwasser R tritt am Anschluß 33 ein und strömt am Anschluß 34 als Sole wieder ab. Das Produktwasser P verläßt die Einrichtung in bekannter Weise an den Unterkanten der bis zum Rand der Trennwände geführten porösen Scheiben 38. Die Trennwände 30 sind beidseitig mit kreisförmigen Ausnehmungen versehen, die die eigentlichen Rohwasserkammern 35 bilden, welche durch mehrere in einer spaltförmigen Vertiefung 43 angeordneten Bohrungen 36 miteinander in Verbindung stehen. Die beiden als Endplatten 31 abgewandelten Trennwände haben auf ihrer einen Seite eine im wesentlichen durchgehende glatte Oberfläche und gegenüberliegend eine entsprechende Ausnehmung, welche eine Rohwasserkammer 35 bildet. Bei den Endplatten 31 ist an Stelle der in einer spaltförmigen Vertiefung angeordneten Bohrungen 36 eine einzige, entsprechend größer dimensionierte Bohrung als Zulaufanschluß 33 bzw. Ablaufanschluß 34 vorgesehen, über die der Anschluß an das Rohrleitungssystem der Einrichtung hergestellt wird.

Je zwei Rohwasserkammern 35 benachbarter Trennwände 30 stehen sich, getrennt durch das dazwischenliegende Membranelement 32 gegenüber. O-Ringe 37 an beiden Seiten des Membranelementes begrenzen die Rohwasserkammern 35 in Umfangsrichtung.

Die kreisförmigen Membranelemente 32 (Fig. 3), die aus Gründen der Strömungs- und Drucksymmetrie nicht selbst druckfest zu sein brauchen, bestehen aus einer porösen Kunststoffscheibe 38, vorzugsweise aus gesintertem Polyäthylen. Diese Scheiben 38 sind beidseitig in loser Schichtung mit ebenfalls kreisförmigen Membranen 40 belegt. Zwischen den Membranen 40 und der porösen Scheibe 38 können gegebenenfalls Zwischenlagen aus Filterpapier 38 liegen. Der Durchmesser des kreisförmigen Membranelements 32 entspricht dem äußeren Durchmesser des kreisförmigen Teils der Trennwände 30 bzw. 31. Die poröse Kunststoffscheibe 38 dient der Abfuhr des von beiden Seiten durch die Membranen 40 eintretenden Produktwassers, das unterhalb der in Fig. 1 dargestellten Einrichtung in einer nicht gezeigten Rinne aufgefangen wird.

Der Umstand, daß die porösen Scheiben 38 eine gewisse Elastizität aufweisen, die sich als Federwirkung auf den gesamten Stapel überträgt, bedeutet eine zusätzliche Sicherung der O-Ringdichtungen und vergrößert zugleich den Toleranzspielraum beim Zusammenbau der Einrichtung. Die geschichteten Membranelemente sind weder verklebt noch mit Durchbrüchen oder Bohrungen zur Rohwasserfortleitung versehen und stellen daher keine besonderen Sorgfaltsansprüche beim Einsetzen oder Auswechseln der Membranen.

Bei großflächigen Trennwänden und damit großen Membrandurchmessern kann eine Versteifung des Membranelements 32 durch Einlegen eines dünnen Bleches 41 von Vorteil sein. In diesem Falle besteht dann die poröse Kunststoffscheibe 38 aus zwei entsprechend dünner gewählten Scheiben 38a, 38b, wie es die Fig. 3 zeigt. Auch kann die Mitte des Membranelements 32 von einem kleinflächigen Widerlager der Trennwandseitenfläche abgestützt sein.

Zur Erzielung einer gleichmäßigen flächigen Oberströmung der Membranen 40 sind die den Strömungsquerschnitt der Rohwasserkammern 35 bestimmenden Seitenflächen der Trennwände 30 durch Anschrägen so dem kreisförmigen Umfang der Rohwasserkammer 35 angepaßt, daß der Abstand zwischen Kammerboden und Membran 40 sich dachförmig auf die Linie des in Strömungsrichtung größten Kammerdurchmessers hin verengt. In einer bevorzugten Ausführungsform nähert sich der Kammerboden entlang einer Firstlinie 42 der anliegenden Membran 40 auf 0,5 mm. Die in die Trennwände 30 bzw. Endplatten 31 eingearbeiteten Ein- und Austrittsöffnungen befinden sich in spaltförmigen Vertiefungen 43, 44 auf

gegenüberliegenden Seiten des Kammerumfangs an den jeweils tiefsten Stellen des Kammerbodens.

Da die Membranelemente 32 zur Erleichterung ihrer Handhabbarkeit keinerlei Durchgänge aufweisen sollen, sind die Verbindungen von Rohwasserkammer zur Rohwasserkammer in die tragenden Trennwände 30 bzw. die Endplatten 31 gelegt. Die Verbindung zwischen den auf gegenüberliegenden Seiten einer Trennwand eingelassenen Rohwasserkammern 35 wird dabei durch die vorerwähnten randseitigen Bohrungen 36 hergestellt. Die Verbindung zwischen je zwei durch ein Membranelement 32 getrennten Kammern 35 benachbarter Trennwände 30 wird durch umlenkende Ringkanäle 45 hergestellt, die sich paarweise mit jeweils entgegengesetztem öffnungssinn in einer Erweiterung 46 der im übrigen kreisgeometrischen Trennwände und damit außerhalb der Membranelemente 32 befinden (Fig. 2 und 3).

Der die Rohwasserkammer 35 in der spaltförmigen Vertiefung 44 verlassende bzw. in diese Vertiefung einmündende Kanal hat in seinem Eingangsteil 47 einen länglichen Querschnitt, der in seinem waagerechten Teil in eine runde öffnung übergeht. Der Ringkanal 45 besteht aus je zwei Halbkanälen benachbarter Trennwände 30. Diese Halbkanäle stehen sich mit den vorerwähnten runden öffnungen gegenüber. Zwischen ihnen liegt ein O-Ring 48, der durch eine Stahlhülse 49 druckfest gesichert ist. Die Druckhülse ist in entsprechend ringförmigen Nuten der Trennwandfllächen gelagert. Der O-Ring 48 ist in seiner Diniensionierungder Dicke des Membranelements 32 angepaßt, so daß ein ebenfalls metallfreier geschlossener Durchgang entsteht.

Die beiden mit entgegengesetztem Richtungssinn auf jeweils zwei benachbarte Trennwände 30 zulaufenden Halbkanäle sind aus Gründen der Material- und Platzersparnis in Umfangsrichtung gegeneinander versetzt und liegen somit in der Plattenebene nebeneinander. Es stehen sich somit bezüglich der Lage der Halbkanäle des Ringkanals 45 stets spiegelsymmetrische, im übrigen jedoch identische Trennwände 30 gegenüber. Verständlicherweise besitzen die Endplatten 31 nur eine Umlenköffnung.

Sämtliche Durchbrüche und Umlenkungen innerhalb des Plattenstapels sind nach Formgebung und Dimensionierung so ausgelegt, daß der mit der Verlängerung des Plattenstapels entsprechend einer Vergrößerung der Zahl der Membranelemente 32 und Rohwasserkammern 33 einhergehende Druckverlust zwischen Rohwassereintritt 33 und Soleaustritt 34 in geringen Grenzen bleibt.

Die druckfeste Halterung des Plattenstapels erfolgt in an sich bekannter Weise über vier äußere, als Führungsstangen dienende Zuganker 50. Auf diesen Zugankern lassen sich die Trennwände auseinanderschieben, um die Membrankammern zugänglich zu ι machen und die Membranelemente austauschen oder reinigen zu können. Die Zuganker 50 sind mit einem geeigneten Rahmengestell aus Profilstahl verbunden, das mehrere der in Fig. 1 dargestellten Plattenstapel aufnehmen kann. Die kraftschlüssige Verspannung der einzelnen Plaltenstapel gegen die Zuganker 50 erfolgt mit Hilfe einer über die am Ende vorgesehene Druckplatte 51 wirkenden Gewindespindel 52. Die Gewindespindel 52 kann von Hand gedreht werden. Zu den besonderen Vorteilen der erfindungsgemäßen Einrichtung im Hinblick auf die technisch-wirtschaftliche Wasserentsalzung einschließlich Wasserenthärtung zählt:

a) Die Anzahl der verschiedenartigen Komponenten ist klein; die Komponenten selbst sind handelsüblich oder lassen sich, wie im Falle der aus Kunststoff bestehenden Trennwände, im Spritzguß- oder Preßverfahren herstellen.

b) Das Zusammensetzen eines Plattenstapels auf den als Führungsstangen dienenden Zugankern 50 ist unkompliziert, desgleichen das öffnen der Einrichtung zum Zwecke des Membranwechsels oder Säuberns; in allen Fällen ist nur eine einzige Schraubverbindung, nämlich die Gewindespindel 52 zu bedienen.

c) Die Länge eines Plattenstapels und damit die je Plattenstapel zum Einsatz gelangende Membranfläche ist nicht vorgegeben, sondern kann, wie auch die Membransorte selbst, benutzerseitig nach Bedarf variiert werden.

d) Der Plattenstapel ist unempfindlich gegen Salzwasserkorrosion, weil innerhalb des ganzen Plattenstapels nur Kunststoffteile dem Rohwasser ausgesetzt sind.

e) Der Plattcnstapel ist in Aufbau und Funktion symmetrisch,d. h. es kann den Betriebserfordernissen überlassen bleiben, von welcher Seite der Rohwassereintritt erfolgen soll.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

Patentansprüche:

1. Einrichtung zur Wasserentsalzung durch umgekehrte Osmose mit einer doppelseitig mit Membranen belegten porösen Scheibe zwischen zwei in Reihe verbundenen, druckgleichen und strömungsgeometrisch gleichen Rohwasserkammern, die von zwei dem Membranelement dichtend anliegenden, zusammengespannten Halbzellen gebildet werden, wobei die Halbzellen einen schwach kegelförmigen Zellboden haben und auf gegenüberliegenden Seiten in den ringförmigen Kammerwänden mit Spaltöffnungen für Zu- und Abgang des Rohwassers versehen sind nach Patent 2353659,gekennzeichnet durch einen Stapel von abwechselnd aufeinanderfolgenden piattenfötmigen Trennwänden (30) und mit Membranen (40) belegten porösen Scheiben (38), wobei in die plattenförmigen Trennwände (30) einerseits die Rohwasserkammern (35) als flächige Ausnehmungen und andererseits die Verbindungen zwischen den Rohwasserkammern (35) als Kanäle (36, 45) eingearbeitet sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Verbindung zwischen zwei zur gleichen Trennwand (30) gehörigen Rohwasserkammern (35) die Trennwand (30) durchsetzende Bohrungen (36) vorgesehen sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere nebeneinander in einer spaltförmigen zur Membranfläche angeschrägten Vertiefung (43) liegende Bohrungen (36) vorgesehen sind.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Verbindung zwischen zwei von benachbarten Trennwänden (30) begrenzten Rohwasserkammern (35) ein um den Rand der mit Membranen (40) belegten porösen Scheibe (38) herumgeführter Ringkanal (45) dient, dessen symmetrische Hälften von gleichartigen Halbkanälen in benachbarten Trennwänden (30) gebildet werden.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die im Stapel einander benachbarten Ringkanäle (45) in Umfangsrichtung versetzt zueinander angeordnet sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Mittelteil des Ringkanals (45) zwischen zwei benachbarten Trennwänden (30) von einem der Stärke der porösen Platte (48) entsprechenden O-Ring (48) gebildet wird.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der O-Ring (48) mit einer zylindrischen Metallhülse (49) um «eben ist, für die in den Trennwandflächen Führungsringnuten vorgesehen sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ringkanal über eine spaltförmige zur Membranfläche angeschrägte Vertiefung (44) in die Rohwasserkammer (35) mündet.

9. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der quer zur porösen Scheibe (38) gerichtete Teil des Ringkanals (45) einen kreisförmigen Querschnitt hat.

10. Einrichtung nach Anspruch ! bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die am Ende des Stapels vorgesehenen Trennwände (31) mit planer Außenfläche ausgebildet sind und ein Rohr- oder Schlauchanschlußstück (33, 34) tragen, das sich senkrecht zur benachbarten Rohwasserkammer (35) erstreckt und in Richtung auf die Membranfläche angeschrägt ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwände (30) aus gieß- oder preßfähigem Kunststoff bestehen.

12. Einrichtung nach Anspruch 1 bis U, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohwasserkammern (35) in Umfangsrichtung von in den Trennwandflächen angeordneten O-Ringen (37) begrenzt sind.

13. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die den Rohwasserkammerboden bildende Fläche der Trennwand (30) einen dachförmigen Querschnitt hat, dessen Firstlinie (42) quer und mittig zwischen den Einlaß- und Auslaßspalten (43, 44) liegt.

14. Einrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß in der Mitte der Firstlinie (42) der den Rohwasserkammerboden bildenden Fläche der Trennwand (30) ein kleinflächiges am Membranelement (32) zur Anlage kommendes Widerlager ausgebildet ist.