DE2818127C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Ultrafiltration von Flüssigkeitsgemischen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ultrafiltration von Flüsf'jkeitsgemischen, wobei dem Gemisch vor Einleitung in das Ultrafilter e<n Gas zugegeben wird, sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Unter »Ultrafiltration« ist ein Ί rennen von Flüssigkeitsgemischen zu verstehen, bei welchen die Gemische unter Druck mit einer Wand, wie beispielsweise einer Mambrane, in Berührung gebracht werden, deren Permeabilität so ist, daß nur ein oder mehrere Bestandteile des Gemisches hindurchtreten können. Man verwendet die Ultrafiltration im allgemeinen zum Trennen von Materialien mit einem verhältnismäßig hohen Molekulargewicht, wie Proteine, Gummi, Polymere oder organische Komplexverbindungen, oder auch zum Trennen von Emulsionen oder kolloidalen Dispersionen in Flüssigkeiten, wie Wasser.

Der Teil des Gemisches, der durch die Membrane hindurchgeht, wird »Filtrai« genannt. Bei einem wäßrigen Gemisch besteht das Filtrat im wesentlichen aus Wasser, das gegebenenfalls Mineralprodukte in Lösung enthält. Der Rückstand wird »Konzentrat« genannt.

Es ist selten, daß die Trenn- oder Konzentrationswirkursg. die man nach einem Durchtritt des Gemisches durch das Ultrafilter erzielt, ausreichend ist. Deshalb wird das Konzentrat zum Ultrafilter zurückgeführt. Der Wirkungsgrad dieser Arbeitsweise nimmt indessen entsprechend der Zunahme der Konzentration rasch ab. weil die Membrane allmählich verstopft.

Man ist daher dazu übergegangen, die Membrane regelmäßig zu reinigen oder zu regenerieren und häufig in Verbindung mit dem Ultrafilter einen Vorabscheider, beispielsweise einen Flotationsabscheider, zu verwenden.

In der DF.-AS 25 43 296 sind ein Membrantrennverfahren und eine Vorrichtung zu einer Durchführung beschrieben, gemäß denen die zu behandelnde Flüssig-

keit in einen Flotattonsturm geführt wird, in dessen unteren Abschnitt Luft oder ein sonstiges Belüftungsgas unter Druck zugeführt wird, so daß Gasblasen durch den Turm nach oben steigen und unter Schaumbildung in dem Strom der zu behandelnden Flüssigkeit suspendierte Stoffe mitnehmen und zum Schwimmen bringen. Der Schaum verläßt den Turm durch eine obere Leitung, und die im unteren Teil des Turmes gesammelte Flüssigkeit wird mittels einer Pumpe in ein Filter geleitet Das

to Filtrat, welches das Filter verläßt, wird mittels einer Leitung weggeführt, während das Konzentrat über eine zweite Leitung in eine Strahlpumpe geleitet wird, in welche die Schaumleitung mündet. Bei diesem bekannten Verfahren ist das Lösen eines Gases in der in das

' ί Filter geleiteten Flüssigkeit nicht vorgesehen.

In der DE-AS 25 43 297 ist ein Verfahren zur raschen Säuberung der Membranoberflächen einer Membrantrennvorrichtung beschrieben. Gemäß diesem Verfahren werden die Mediendurchflußkanäle der Membrantrennvorrichtung teilweise mit Wasser gefüllt und dann mit einem Gasstrom, insbesondere Luftstrom, bei überatmosphärischcm Druck und einer Gasströmungsgeschwindigkeit gespült, der ausreichend ist, daß sich Wassertröpfchen mit hoher Geschwindigkeit über die Membranoberfläche bewegen und angesammelte Stoffe entfernen. Diese Literaturstelle beschreibt demgemäß eine Arbeitsweise zum Reinigen von Membranen mittels eines Flüssigkeitsstromes, in den ein unter hohem Druck stehendes Gas eingeführt wird. Diese Arbeitsweise zum Reinigen von Membranen einer Membrantrennvorrichtung ist von den Arbeitsvorgängen der Filtration vollständig unabhängig. Außerdem enthält auch diese Literaturstelle keinen Hinweis darauf, vor dem Filtrationsvorgang ein Gas in dem zu

J⁵ trennenden Flüssigkeitsgemisch zu lösen.

Es ist hauptsächlich Ziel und Zweck der Erfindung, Ultrafiltration zu verbessern und insbesondere so durchzuführen, daß das Ultrafilter weniger rasch verstopft.

·"> Gemäß der Erfindung ist J?.s Verfahren zur Ultrafiltration von Flüssigkeitsgemischen, wobei dem Gemisch vor Einleitung in das Ultrafilter ein Gas zugegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gas oberhalb des Filtrationsdruckes in dem Gemisch

•*⁵ löst und anschließend dieses Gemisch vor Eintritt in das Ultrafilter auf Ultrafiltrationsdruck entspannt.

Der Vorgang der Ultrafiltration ist mit einer Entspannung verbunden, die zu einem Freiwerden der Blasen im Gemisch führt. Diese Blasen, weit davon entfernt, die Poren der Membrane zu verstopfen, wie man hätte befürchten können, verhindern ein Verstopfen der Membrane und gewährleisten insbesondere eine Art Selbstreinigung, welche den Wirkungsgrad des Vorganges erhöh;.

'->'< Wenn die Ultrafiltration mit einem Abscheiden durch Flotation kombiniert wird, wird das aus dem Ultrafilter austretende Konzentrat einer zweiten Entspannung unterworfen, bevor das Konzentrat in den Abscheider oder in das Flotationsgefäß gelangt, wodurch man sich

6« die Zufuhr von Druckgas zum Abscheider oder FlolationsgefäD erspart,

Außerdem ist es zweckmäßig, das zu behandelnde Gemisch zunächst in das Flotationsgefäß fließen zu lassen, das auf diese Weise die Rolle eines Vorabschei-

M ders spielen kann, in welchem das Gemisch einer ersten Dekonzentration und Reinigung unterworfen wird, was für die Wirkungsweise des Ultrafilters vorteilhaft ist.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur

Durchführung des Verfahrens, die gekennzeichnet ist durch einen Druckkessel, der mit einer Druckgasquelle verbunden und zur Aufnahme des Gemisches bestimmt ist und dessen Ausgang über ein Entspannungsventil mit einem Ultrafilter verbunden ist. Vorzugsweise ist vor s den Druckkessel zusätzlich ein Flotationsabscheider zur Vorreinigung des Gemisches geschaltet, der mit dem Konzentratausgang des Ultrafilters über ein weiteres Entspannungsventil verbunden ist

Die Erfindung kann für sämtliche Anwenduiigsgebie- iu te der Ultrafiltration angewandt werden, wobei die Gase, die für die Durchführung der Ultrafiltration ausgewählt werden, entsprechend den besonderen Fällen unterschiedlich sein können (Luft, Stickstoff, Kohlenoxid u. dgl.).

Die nachfolgende Figurenbeschreibung gibt ein Ausführungsbeispiel wieder und erläutert, wie die Erfindung verwirklicht werden kann, und gibt die Einzelheiten an, die sowohl aus der Zeichnung als auch aus der Beschreibung hervorgehen und einen Teil der Erfindung darstellen.

Die Zeichnung ist eine schernaiische Seitenansicht einer Vorrichtung gemäß der Erfindung.

Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel wird das zu behandelnde Gemisch, beispielswei- se ein Gemisch aus Wasser und Öl, mittels einer Pumpe 1 in eine Leitung 2 gedrückt, die mit einem Mittelrohr 3 eines Flotationsabscheiders oder eines Flotationsgefäßes 4 verbunden ist.

Das Öl, das oben im Flotationsgefäß auffchwimmt, jo wird in einem Mitteltrichter 6 gesammelt und mittels einer Leitung 7 abgezogen.

Die noch mit Öl verunreinigte, wäßrige Phase, die sich im Flotationsgefäß befindet, fließt über einen unteren Sammler 8 und eine das Niveau regulierende Steiglei- ü tung 9 in einen seitlichen Behälter 10. wo die wäßrige Phase von einer Pumpe 11 erfaßt wird, die in Abhängigkeit von einem Niveauregler 12 betrieben wird. Der Niveauregler 12 kann zwei Schwimmer aufweisen. Der obere Schwimmer 13 sorgt dafür, daß w die Pumpe iäuft, wenn die Flüssigkeit ihn erreicht. Der andere Schwimmer 14 hält die Pumpe an. wenn der Flüssigkeitsspiegel ausreichend abgesunken ist.

Die Pumpe 11 drückt die Flüssigkeit durch eine Leitung 15 in einen Druckkessel 16, in den die Flüssigkeit durch einen oberen Stutzen 17 austritt Dem Druckkessel wird im übrigen ebenfalls in seinem oberen Teil über eine Leitung 18 Druckluft zugeführt, die beispielsweise einen Druck von 5 bar hat.

Die Luft löst sich im Flüssigkeitsgemisch im Druckkessel und die Lösung tritt durch eine untere Leitung 19 aus, die bis zu einem Entspannungsventil 20 reicht. Der Druckkessel 16 ist mit einem Niveauregier 21 versehen, welcher den Austritt des mit gelöster Luft beladenen Gemisches regelt. v>

Das Entspannungsventil 20, das beispielsweise itif zwei bar eingestellt ist, speist über eine Leitung 22 ein«. Umwälzpumpe 23. deren Druckleitung 24 mit einem Ultrafilter 23 verbunden ist. Das Filtrat. im vorliegenden Beispiel das Wasser, wird durch nicht dargestellte mi Einrichtungen in Richtung des Pfeiles / abgezogen, während das Konzentrat über eine Leitung 26 wieder der Leitung 22 zugeführt wird.

An der Leitung 26 ist eine Zweigleitung 27 angeschlossen, die über ein Entspannungsventil 28 mit der Zulaufleitung 2 verbunden ist.

Im nachfolgenden wird die Wikrungsweise der Vorrichtung beschrieben:

Das Flotationsgefäß 4 nimmt das zu behandelnde Gemisch auf, damit sich das Gemisch eines Teils seines Öls entledigt Das Flotationsgefäß 4 enthält ferner das Konzentrat, das aus dem Ultrafilter 25 ausgetreten und am Ventil 28 entspannt worden ist Diese Entspannung bewirkt im Rohr 3 ein Freiwerden der Luftblasen, welche die Abscheidung des Öls begünstigen, von dem ein Teil durch den Trichter 6 austritt.

Im Druckgefäß 16 löst sich die Luft in dem durch den Stutzen 17 ankommenden Gemisch und der im wesentlichen konstante Druck der Druckluft gewährleistet die Speisung des Ultrafilters 23 unter dem Druck, der durch das Entspannungsventil 20 geregelt wird. Die Pumpe 23 gewährleistet die Umwälzung aufgrund ihrer verhältnismäßig hohen Leistung.

Das aus der Leitung 27 austretende Konzentrat trifft wie der am Boden des Flotationsgefäßes ein, nachdem es am Ventil 28 entspannt worden ist

Schließlich fängt man das Öl am Ausgang des Flotationsgefäßes und das Wasser am Ausjang des Ultrafilters auf.

Bei der Vorrichtung wird die Flüssigkeit 2 aufeinanderfolgenden Entspannungsvorgängen unterworfen:

Die eine Entspannung erfolgt beim Ventil 20 vor dem Ultrafilter und die andere Entspannung am Ventil 28 nach dem Ultrafilter.

Die Entspannung, die vor dem Ultrafilter erfolgt, bewirkt im Inneren der Flüssigkeit ein Freiwerden der Blasen, die aufgrund der Turbulenz eine Reinigung der Membranen gewährleisten, wodurch die Betriebsdauer und die Leistung der Membranen erhöht wird.

Die andere Entspannung, die vor dem Flotationsgefäß erfolgt, erspart die Zufuhr von Druckluft zv diesem Flotationsgefäß.

Das zu trennende Gemisch kann zuerst dem U^:;rafilter zugeführt werden. Wenn man jedoch das Gemisch zuerst dem Flotationsgefäß zuführt, übernimmt dieses Flotationsgefäß die Rolle eines Vorabscheiders, wobei etliche Ölteilchen und leichte Verunreinigungen direkt durch Flotation aus dem Gemisch abgeschieden werden. Das der Ultrafiltration unterworfene Gemisch hat auf diese Weise bereits eine gewisse Dekonzentration oder Entölung erfahren, was die Wirkungsweise des Ultrafilters weiterhin günstig beeinflußt.

Eine besonders interessante Anwendungsrnögüchkcii des Verfahrens und der Vorrichtung gemäß der Erfindung ist die Behandlung von stabilen Wasser-Öl-Emulsionen, beispielsweise von Schneidflüssigkei'en. die auch »lösl'che Öle« genannt mrl für eine mechanische Bearbeitung verwendet werden. Die Ultrafiltration bewirkt in diesem Fall eine Destabilisierung der Emulsion und das aus dem Ultrafilter austretende Kc ,izentrat wird durch die Flotation wirkungsvoller abgeschieden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche;

1. Verfahren zur Ultrafiltration von Flüssigkeitsgemischen, wobei dem Gemisch vor Einleitung in das Ultrafilter ein Gas zugegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß man das Gas oberhalb des Filtrationsdruckes in dem Gemisch löst und anschließend dieses Gemisch vor Eintritt in das Ultrafilter auf Ultrafiltrationsdruck entspannt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Konzentrat des Ultrafilters einem zur Vorreinigung des Gemisches eingesetzten Flotationsgefäß zuführt und dabei entspannt.

3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Druckkessel (16), der mit einer Druckgasquelle verbunden und zur Aufnahme des Gemisches bestimmt ist und dessen Ausgang über ein Entspannungsventil (20) mit einem Ultrafilter (25) verbunden ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen zusätzlichen, vor den Druckkessel (16) geschalteten Flotationsabscheider (4) zur Vorreinigung des Gemisches, der mit dem Konzentratausgang des Ultrafilters (25) über ein weiteres Entspannungsventil (28) verbunden ist.