SE534744C2 - Platt membransystem innefattande ett distanselement - Google Patents

Description

30 534 7415 filtreringsklasserna med ett intervall från 0,1 till 10 mikrometer (um).

Ultrafiltreringsmembran klassifieras av värdet på den minsta molekylvlkt som kvarhàlles av membranet, 90 % av denna skall kvarhàlles av membranet. Ultrafiltreringsintervallet sträcker sig från kvarhållannde av molekylvikter från 1000 till 500.000.

Nanofiltreringsmembran kvarhàller lösta molekyler med en molekylvlkt från 100 till 1.000. Omvänd osmos innefattar de tätaste membranen, som är kapabla att avskilja även de minsta lösta molekylerna.

De fluider, som har passerat ett membran eller en membranfilm, definieras som permeat. Fluiderna, som finns kvar, definieras som koncentrat eller retentat i fortsättningen benämnt koncentrat. Membranen kan hållas isär genom insatselement, distanser eller distanselement.

Distanser eller insatsselement kan framställas av, korrugerat material, av veckat material, gjutet material, extruderat material eller maskinframställt material som har en struktur, som tillåter fritt flöde för fluiderna till ett uppsamlingssystem eller en uppsamlingsanordning.

Fortsättningsvis defineras distanselement som ett organ som håller isär membraner eller membranfilmer. lnsatselementen deflnierar de element som åtskiljer stödorgan.

Uppfinningen avser ett platt membransystem konstruerade att möjliggöra att permeat kan transporteras med hjälp av hydrostatiskt tryck, vilket membransystem innefattar membranfilmer. åtminstone ett uppsamlings- organ och ett distanselement. Distanselement är ett extruderat distans- element som innefattar stödorgan, vilka stödorgan har perforeringarna som utgörs av hål, slitsar, skåror eller kombinationer av dessa. Vidare innefattar distanselementet väggar, som bildar flödesutrymmen, eller är 10 15 20 25 30 534 'Hill distanselement ett extruderat distanselement som innefattar stödorgan vilka stödorgan har perforeringarna som utgörs av hål, slitsar, skåror eller kombinationer av dessa och ett veckat skikt, där det veckade skiktet och stödorganen bildar parallella flödesutrymmen för permeat. På båda sidor om distanselementet är membranfilmerna fästa, uppsamlingsorganet(en) är förbundet(na) vinkelrätt direkt mot de parallella flödesutrymmena.

Formen hos perforeringarna, deras frekvens eller mängd kan anpassas beroende på tryckintervallet, viskositeten eller fluidernas temperatur.

Perforeringarna kan vara hål, slitsar, skåror eller kombinationer av dessa. lnsatselementen kan vara längsgående väggar, korrugerade skikt, veckade skikt, gjutna skikt, formpressade skikt, extruderade skikt, skikt som har kanaler, skikt som har kapade eller platta toppar, enstaka distanselement, eller kombinationer av dessa.

Flödesutrymmena mellan stödorganen och de insatta elementen bildar passager. Passagerna kan vara förbundna vinkelrätt till åtminstone en uppsamlingsanordning för permeat. Passagerna kan sträcka sig längs varandra enligt en alternativ utföringsform. Enligt en annan utföringsform bildar lnsatselementen passager som sträcker sig parallellt med varandra. Uppsamlingsanordningen för permeat kan ha rörform eller vara extruderad med U-form.

Distanselementet för permeat kan ha en tjocklek av åtminstone 0,1 mm, tjockleken kan vara så stor som, mindre än eller lika med ungefär 20 mm.

Enligt en alternativ utföringsform kan tjockleken vara åtminstone 0,2 mm och enligt en, annan alternativ utföringsform kan tjockleken vara åtminstone 0,5 mm. Enligt ännu en alternativ utföringsform kan tjockleken ligga inom intervallet från omkring 0,1 mm till omkring 20 mm. Enligt 10 15 20 25 30 53111 744 ytterligare en annan utföringsform kan tjockleken ligga i intervallet från omkring 0,5 mm till omkring 15 mm.

Enligt en ytterligare utföringsform kan tjockleken ligga inom intervallet frán omkring 1 mm till omkring 5 mm. Enligt ännu en annan utföringsform kan tjockleken ligga inom intervallet från omkring 0,1 mm till omkring 2,0 mm. Enligt ytterligare en annan utföringsform kan tjockleken ligga inom intervallet från omkring 0,5 mm till omkring 1,5 mm.

Stödorganen och insatselementen kan framställas av samma material, eller stödorganen kan framställas av ett material och insatselementen av ett annat material. Materialet kan väljas från åtminstone ett av materialen i en grupp bestående av polyolefinelastomerer, sampolymerer av etylen- vinylacetat, terpolymerer av etylen-vinylacetat, blockpolymerer av styren- etylen/butylen-styren, polyuretaner, polybutylen, sampolymerer av polybutylen, polyisopren, sampolymerer av polyisopren, akrylater, silikoner, naturligt gummi, polyisobutylen, butylgummi, polypropylen, sampolymerer av polypropylen, polyetylen, sampolymerer av polyetylen, polykarbonater, fluorpolymerer, polystyren, sampolymerer av akrylnitril- butadien-styren, eller nylon, polyvinylklorid och blandningar av dessa. sampolymerer Uppfinningen avser vidare ett membransystem omfattande ett distanselement för permeat till vilket membran eller membranfilmer kan fästas på båda sidor om distanselementet för permeat. Membranet kan svetsas på distanelementet, gjutas tillsammans med distanselementet eller extruderas tillsammans som en membranenhet, limmas på distandselementet, fixeras till distansorganet eller vara en del av distanselementets konstruktion. 10 15 20 25 30 534 'HM Systemet kan omfatta åtminstone en anordning för uppsamling av permeat, vilken kan ha rörform eller extruderad till U-form, och systemets sidor kan vara svetsade eller limmade, och vara försedda med åtminstone en stödlist eller stödremsa.

Uppfinningen avser vidare ett förfarande för uppsamling av permeat som innefattar kontakt med ett membransystem och transportera permeaten genom membranet; ii) följande steg, i) bringa vätskor i skapa ett flöde av permeat genom ett flödesutrymme som bildar passager inuti distanselementet och stödorganen, och iii) samla upp permeatet i ett uppsamlingsorgan för permeat.

Förfarandet kan också innefatta ett extra steg; transport av det permeat som samlats upp i steg iii) till en uppsamlingstank eller källa med hydrostatisk tryck.

Uppfinningen avser användning av ett membransystem omfattande ett distanselement för permeat och membranfilmer för behandling av avloppsvatten, sjövatten, ytvatten eller källvatten.

Membransystemet kan användas för förbehandling av vatten, som till exempel eller avsaltningsanläggning med omvänd osmos. Membransystemet kan sjövatten, ytvatten, källvatten, före en också användas för framställning av dricksvatten från ytvatten eller källvatten. Membransystemet kan användas för förbehandling eller slutbehandling av vatten. I ett sådant fall installeras membranen i en tank där det hydrostatiska trycket används som transmembrantryck, TMP.

Tack vare det låga tryckfallet i membransystemet är det möjligt att behandla vatten med nanofilltreringsmembran för att avskilja divalenta 10 15 20 25 534 744 joner som kalcium, magnesium etc., eller lågorganiska molekyler som pesticider. Membransystemet kan också användas för sterilfiltrering, klarifiering, eller koncentration av höga molekylviker. Membransystemet kan användas för behandling av vin, öl, koncentrering av frukt juice, sterilfiltrering av mjölk.

Distanselementet för permeat ger ett bra stöd för membranen, och flödesutrymmet erbjuder fritt flöde för strömmen av fluid utan att hinder skapas som åstadkommer motryck. Storleken hos distanselementet för permeat kan anpassas till applikationen och kan integreras i olika konfigurationer som plattmembran med ram, eller en membranbioreaktor, MBR där tryckfallet på permeatsidan måste hållas lågt för att undvika bildandet av mottryck särskilt för höga fluxvärden hos permeatet.

Membransystemet kan användas för olika typer av konstruktioner och inbegriper alla tryckområden, omfattande mikrofiltrering, ultrafiltrering, nanofiltrering och omvänd osmos. l konstruktioner med plattmembran med ram kan distanselementet för permeat användas som en stödplatta för membranet.

Uppfinningen avser en membrananläggning omfattande ett membransystem innefattande ett distanselement för och membranfilmer fästa vid båda sidor av distanselementet för permeat, membransystemet innefattar också ett organ för uppsamling av permeat.

Membrananlåggningen innefattar också att membransystemet är placerat i en biologisk behandlingstank. 10 15 20 25 534 744 Uppfinningen avser användning av en membrananläggning för behandling av avloppsvatten, sjövatten, ytvatten eller källvatten.

Tack vare det låga tryckfallet i membransystemet är det möjligt att behandla vatten med nanofiltreringsmembran för att avlägsna divalenta joner som kalcium, magnesium etc. eller små organiska molekyler som pesticider genom att utnyttja det hydrostatiska trycket.

Vidare utvecklingar specificeras in de oberoende kraven och de beroende kraven.

Uppfinningen är avsedd att förklaras mera i detalj i det följande med hjälp av de bifogade ritningarna.

Fig 1 visar en schematisk delvy av en alternativ utformning av distanselementet för permeat.

Fig 2 visar en schematisk delvy av en annan alternativ utformning av membransystemet.

Fig 3 visar en schematisk delvy av en annan alternativ utformning av insatselementet.

Fig 4 visar en schematisk delvy av en alternativ utformning av membrananläggningen.

Fig 5 visar en schematisk delvy av en annan alternativ utformning av membrananläggningen. 10 15 20 25 30 534 'H14 Figur 1 visar en perspektívvy av distanselementet 1, distanselementet är ett extruderat distanselement med extruderade stödorgan 2, vilka stödorgan är försedda med perforeringar 3. Enligt denna alternativa utföringsform är insatselementen 4 långsträckta väggar som bildar flödesutrymmen 5 mellan stödorganen 2 och de långsträckta väggarna.

Membran 6 är fästa på båda sidor om distanselementet 1. Figur 2 visar ett tvärsnitt av ett alternativt membransystem 7, där ett veckad skikt 8 àtskiljer stödorgan 9 som bildar flödesutrymmen i form av parallella passager 10. På toppen av stödorganen 9 är membran 6 fästa.

Membransystemet 7 är sammansvetsat på åtminstone två sidor 11. Figur 3 visar en tvärsektion av en alternativ utföringsform av insatselementet 12 med platta toppar 13.

Figur 4 visar en alternativ utföringsform av en membrananläggning enligt uppfinningen. Enligt denna utföringsform placeras membransystem 14 i en tank för biologisk behandling. Membransystemet 14 framställs genom att sammansvetsa tre sidor av membransystemet. Den fjärde sidan ansluter till uppsamlingsorganet 15 som kan ha rörformig form eller ha en U-formad extruderad form. Var och en av de svetsade sidorna kan vara försedda med stödlister, stödremsor eller något annat (visas ej i figur4), vilka skall hålla isär membransystemet för att åstadkomma en så stor yta som möjligt. Fluider, tex permeat och luft transporteras inuti passagerna (visas inte i figur 4) till uppsamlingsanordningen 15, från vilken uppsamlingsanordning fluiderna transporteras till ett vertikalt rör 16 med hjälp av det hydrostatiska trycket. Botten av röret 16 är anordnad på en lägre nivå än membransystemet för att möjliggöra att ett hydrostatiskt tryck uppstår. Öppningen av röret 16 ligger ovanför vattennivån och denna ände av röret är öppen för att släppa ut luft. 10 15 20 25 30 534 744 Figur 5 visar en alternativ utföringsform av membrananläggningen.

Membransystemet är helt nedsänkt i en biologisk behandlingstank under vattennivån i Enligt denna utföringsform finns en källa 17 placerad utanför den biologiska Skillnaden i uppsamlingstanken 15 för permeat och vattennivån i tanken skapar ett tanken. uppsamlingstank eller behandlingstanken. vattennivå mellan utloppet från hydrostatiskt tryck som räcker till för att skapa ett transmembrantryck som möjliggör ett vätskeflöde genom membranet i distanselement för uppsamling av permeat. Vätskan från distanselementet för uppsamling av permeat samlas i en, två eller flera uppsamlinganordningar 15, som kan ha rörform, extruderad U-form eller ha någon annan geometrisk form.

Permeatet strömmar av tyngdkraften till en källa eller en uppsamlingstank 17, där vattennivån är lägre än vattennivån i huvudtanken. Denna skillnad i vattennivå skapar ett hydrostatiskt tryck som är nödvändigt för att driva membransystemet. Det hydrostatiska trycket kan regleras genom kontroll av vätskenivån i källan 17.

I de följande exemplen genomföres en undersökning av värdena på flöde och flux över tiden och en jämförelse görs mellan ett distanselement i ett konventionellt spirallindat membran och membransystemet enligt en alternativ utföringsform av uppfinningen. Ändamålet med exemplen är att illustrera hur distanselementet för permeat och permeatsystemet fungerar, och är inte avsett att begränsa uppfinningens omfång.

Exempel 1 Försök genomfördes med användning av den membrananläggning som visas i fig. 4. Permeat flöde och permeat flux övervakades under 16 dagar. Under testperioden kunde membransystemet fungera utan yttre 534 'M4 10 tryck på membranet eller genom att använda vakuum. Det hydrostatiska trycket räckte till för att pressa vatten genom membranet. Variation av det hydrostatiska trycket kan reglera flödet genom membranet. Dessa variationer kan kontrolleras genom vattennivån i tanken eller källan.

Membransystemets area var 3,753 m2 och lufttemperaturen var mellan -5°C och 5°C under försöksperioden. Resultaten sammanfattas i tabell 1.

Tabell 1 Dag Permeat Tank Hydrostatiskt Totalt Vatten Permeat flux Na nivå H1 nivå tryck H1-H2 permeat tempera- vid 0.1 Bar [m] H2 [Bar] flöde tur och 25°C in] [dm°/h1 1°c1 [d m3/(m2xhn 1 1.3 0.55 0.075 35.6 7.8 19 2 1.3 0.55 0.075 38.8 7.8 21 3 1.3 0.55 0.075 39.8 7.8 21 4 1.3 0.58 0.072 29.4 8.4 16 5 1.3 0.60 0.070 26.6 8.8 15 6 1.3 0.54 0.076 18.3 8.0 10 7 1.3 0.55 0.075 24.1 8.2 13 8 1.3 0.60 0.070 24.8 8.6 14 9 1.3 0.62 0.068 24.9 8.7 14 10 1.3 0.55 0.075 24.5 8.1 13 11 1.3 0.60 0.070 21.9 7.8 13 12 1.3 0.65 0.065 20.4 8.0 13 13 1.3 0.62 0.068 20.5 8.0 12 14 1.3 0.62 0.068 20.0 8.1 12 15 1.3 0.62 0.068 21.0 8.1 12 16 1.3 0.62 0.068 20.2 8.1 12 10 534 744 11 Exemgel 2 (Jämförelse) l detta exempel har ett konventionellt lindat distanselement anslutet till en uppsamlingsanordning jämförts med ett distanselement för permeat enligt figur 1 anslutet till en uppsamlingsanordning. Både det spirallindade distanselementet och distanselementet för permeat var försedda med membran på båda sidor. Det hydrostatiska trycket var 1,2 m och den uppmätta fluxen för det konventionella distanselementet var 16 dmalmzxh och fluxen med distanselementet för permeat var 100 dmß/mzxh vilket visade att distanselementet för permeat enligt uppfinningen var 6.25 gånger bättre än det konventionella distanselementet. Slutsatsen av resultaten är att även vid låga fluxvärden ökar betydelsen av fritt flöde på permeatsidan och vid ökar förhållandet. högre fluxvärden

Claims (20)

10 15 20 25 30 534 744 12 Patentkrav

1. Ett platt membransystem konstruerade att möjliggöra att permeat kan transporteras med hjälp av hydrostatiskt tryck, vilket membransystem innefattar membranfilmer (6), åtminstone ett uppsamlingsorgan och ett distanselement, vilket distanselement (1) är ett extruderat distanselement innefattande stödorgan (2), vilka stödorgan har perforeringarna (3) som utgörs av hål, slitsar, skåror eller kombinationer av dessa, vidare innefattar distanselementet väggar (4), som bildar flödesutrymmen (5), eller vilket distanselement är ett extruderat distanselement innefattande stödorgan (9) vilka stödorgan har perforeringarna som utgörs av hål, slitsar, skåror eller kombinationer av dessa och ett veckat skikt (8), där det veckade skiktet och stödorganen bildar parallella flödesutrymmen (10) för permeat, på båda sidor om distanselementet är membranfilmerna (6) fästa, uppsamlingsorganet(en) är förbundet(na) vinkelrätt direkt mot de parallella flödesutrymmena.

2. Membransystem enligt krav 1, där distanselementet är tillverkat av åtminstone ett grupp polyolefinelastomerer, sampolymerer av etylen vinylacetat, terpolymerer material fràn den som omfattar av etylen vinylacetat, blockpolymerer av styren-etylen/butylen-styren, polyuretaner, polybutylen, sampolymerer av polybutylen, polyisopren, sampolymerer av polyisopren, akrylat, polyisobutylen, silikoner, polypropylen, polypropylen, polyetylen, sampolymerer av polyetylen, polykarbonat, fluorpolymerer, polystyren, sampolymerer av akrylnitril-butadien-styren, nylon, polyvinylklorid, och sampolymerer och blandningar av dessa. naturligt gummi, butylgummi, sampolymerer av

3. Membransystem enligt krav 1 eller 2, där uppsamlingsorganet (15) är en expanderad ram, ett rörformigt organ eller ett extruderat organ i U- form. 10 15 20 25 30 534 744 13

4. Membransystem enligt något av föregående krav, där stödorganen (2), (9) är anordnade med ett avstånd av åtminstone 0,1 mm.

5. Membransystem enligt något av föregående krav, där stödorganen (2), (9) är anordnade med ett avstånd av åtminstone omkring 20 mm.

6. Membransystem enligt krav 6, där stödorganen (2), (9) är anordnade med ett avstånd inom intervallet från omkring 1 mm till omkring 5 mm.

7. Membransystem enligt något av föregående krav, där distanselementet utgör en enhet av samma material och där distanselementet är av ett membran material.

8. Membransystem enligt något av föregående krav, där membransystemet också innefattar åtminstone en stödlist eller stödremsa, och att membranen är åtminstone delvis svetsade, eller åtminstone delvis limmade mot stödorganen (2), (9).

9. Membransystem enligt något av föregående krav, där membransystemet även innefattar en uppsamlingstank eller en källa och att systemet utgör en bioreaktor.

10. Membransystem enligt något av föregående krav, där membransystemet utgör en bioreaktor och finns placerat i en biologisk behandlingsanordning.

11. Membransystem enligt något av föregående krav, där membransystemet är förbundet med en uppsamlingstank eller en källa utanför den biologiska behandlingsanordningen och att de parallella 10 15 20 25 534 'M4 14 flödesutrymmena samt övriga anslutningar tillåter att permeat transporteras till källan med hjälp av hydrostatiskt tryck. uppsamlingstanken eller

12. Membransystem enligt något av kraven 9 till 11, där anläggningen även innefattar en pump för att transportera en del av permeat från uppsamlingstanken eller från källan tillbaka till den biologiska behandlingstanken.

13. Membransystem enligt något av föregående krav för behandling av avloppsvatten eller vatten.

14. Ett förfarande för att samla upp permeat innefattande följande steg, i) förenande av ett membransystem enligt något av kraven 1 till 13 till fluider, transport av permeat genom ett membran; ii) skapande av ett flöde av permeat genom ett flödesutrymme som bildar passager inuti ett distanselement för permeat; och iii) uppsamlande av permeat uppsamlingsorgan för permeat. från steg ii) i åtminstone ett

15. Förfarande enligt krav 14, där förfarande innefattar ett ytterligare steg: iv) transport av det permeat som uppsamlats i steg iii) till en uppsamlingstank eller källa med hjälp av hydrostatiskt tryck.

16. Användning av ett membransystem enligt något av kraven 1 till 13 för behandling av avloppsvatten. sjövatten, ytvatten eller källvatten. 10 534 7114 15

17. Användning av ett membransystem enligt något av kraven 1 till 13 för sterilfiltrering, klarifiering, eller koncentrering.

18. Användning av ett membransystem enligt något av kraven 1 till 13 för behandling av vin, öl, koncentrering av fruktjuice, sterilfiltrering av mjölk.

19. Membranbioreaktor innefattande membransystem enligt något av kraven 1 till 13.

20. Plattmembran med ram innefattande membransystem enligt något av kraven 1 till 13.