专利名称：用于微米过滤、超级过滤和纳米过滤的过滤装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于微米过滤、超级过滤和纳米过滤的过滤装置，它以一些平面 过滤器元件为基础。
背景技术：
用于污水处理的传统的过滤系统包括一些具有一个管形或箱形的壳体的过滤模 块，在壳体内相互平行隔开距离设置多个平面过滤器元件。在各邻近的平面过滤器元件之 间的间隙形成可通流的通道。一种称为原料液体或潴留物(Retentat)的待过滤液体经由 输入管道或通过在壳体壁中的孔导入管形或箱形的壳体的内部、流过各平面过滤器元件并 且通过在壳体壁中的排出管道或其他的孔流走。各平面过滤器元件构成为垫或盒并且包括 一个在两侧被过滤薄膜包围的柔性的排水层或刚性的排水板。各平面过滤器元件具有一些 流出孔，在其上连接管道，通过这些管道排出过滤过的液体，以下称为渗透物(Permeat)。EP 0 707 884 Al公开了一种用于通过逆向渗透以及微米过滤、超级过滤和纳米 过滤对特别是生物有机的流动介质进行过滤和分离的装置，包括一个压力密封的壳体、一 个用于流动介质的进口和一些用于潴留物以及渗透物的出口和一些设置在壳体中的、彼此 隔开距离的过滤器元件，它们按照一种薄膜垫的类型构成并且被流动介质绕流，其中在壳 体中连续或并排地设置一些分开的薄膜垫的堆叠并且这些堆叠连续的或并排地被流动介 质绕流。EP 0 129 663 Al教导了一种通过逆向渗透、超级过滤、超量过滤、气体渗透等用 于水脱盐的薄膜垫，其中在两个外部的薄膜之间设置一个排水层并且排水层在一个边缘区 域连续和压力密封地与各薄膜焊接。WO 03/037489A1描述了一种用于污水处理的过滤模块，包括多个具有至少一个用 于对其内腔进行排水的孔的过滤器薄膜袋，它们垂直、平行并且优选以彼此等距离地这样 设置在一个刚性支架中，以致处在各邻近的过滤器薄膜袋之间的中间间隙强烈地被一种液 体流过。好些已知的过滤模块具有一个箱形的壳体，包括两个或四个成对地对置设置的侧 壁，它们周围限定一个具有矩形流动横截面的空间容积。在壳体中这样安装一些过滤器元 件，以致它们形成一个堆叠，它将由壳体包围的空间容积分为多个大小相等的流动通道。例 如在壳体的两个相互对置设置的侧壁中的一些成对并且相互平行设置的凹槽用于容纳和 保持各平面过滤器元件。各平面过滤器元件的边缘侧的部分借助粘合连接或机械保持固定 在各凹槽中。通常将原料液体借助一个泵沿垂直方向从下向上导过过滤模块。特别是采用利用 空气运行的大型泵(气压提升机)。在这方面将压缩空气从一个压缩机中经由压缩空气管 道在过滤模块的下方导入原料液体中。在导入位置通过导入的空气大大降低原料液体的密 度并且通过上升力形成一种从下向上定向的流动。压缩空气管道一般配备许多排出喷嘴。 符合目的的是，各排出喷嘴均勻地这样设置在一个水平平面内，以致流出的空气形成一个上升的气泡地毯，它部分地或完全地充满过滤模块的流动横截面。
在一个过滤系统的连续运行中，将直径过大以致通不过过滤薄膜的微孔的粒子阻 挡并且部分地保持粘附在过滤薄膜的表面上。通过这样的粒子在一个较长的时间间隔内的 积累形成滤饼，它越来越堵塞薄膜表面并且降低系统的过滤效能。为了重新建立或获得过滤效能，在一个设备维修框架中定期清洁薄膜表面。为此 机械地例如借助刷子或水枪或借助反向冲洗清洁薄膜表面。部分地伴随着机械清洁也采用 化学的清洗剂(化学机械清洁)。在安装和维修时以及在运行过程中，部分地巨大的机械力作用到过滤装置上。这 在大型的具有大于30m2过滤面积的过滤模块情况下为了维修从待过滤的液体中抬起时尤 其如此。被微孔的过滤薄膜容纳和留住的液体以显著的程度增加过滤模块的重量。例如在 污水净化设施中大量使用情况下，待过滤的液体还包含较高粘性的泥浆，它粘附在各平面 过滤器元件的表面上并且在因维修而决定抬起过滤装置时实际上并不流走。该种特别在密 封封装的各平面过滤器元件中几乎完全塞满各间隙的粘附泥浆可以具有高达几百千克的 重量。因此在因维修而决定抬起时，过滤装置的承载结构必须经得起高达一吨的负荷。为了确保为此需要的机械稳定性或刚度，借助一个由一种稳定的材料例如钢构成 的框架或角撑加强和相互连接过滤装置的各侧壁。这种类型的框架结构在制造中是耗费和 昂贵的并且还提高了过滤装置的自重。
发明内容
与之相应，本发明的目的是，提供一种过滤装置，它以紧凑的结构形式在具有高的 机械稳定性和小的自重的同时具有一种特别高的过滤密度，即相对于其自重具有大的过滤 面积。本发明的另一目的在于，提供一种过滤装置，它结构简单并且可成本低地进行制 造、具有小的流动阻力和小的堵塞倾向并且易于维护和修理。通过一种过滤装置达到该目的，该过滤装置包括一个平面过滤器模块和一个底座 壳体，该底座壳体具有一个由一种聚合物的多孔的轻型结构材料或一种纤维复合材料构成的壁。
下面参照各附图的简化视图更详细地描述本发明。其中图1 一个包括平面过滤器模块和底座壳体的过滤装置的透视分解图；图Ia各平面滤过器元件悬挂在平面过滤器模块中的细节图；图2按图1的过滤器装置的视图，具有部分剖开的底座壳体和平面过滤器模块；以 及图3按图1的过滤装置的透视的剖视图。
具体实施例方式图1以透视图示出一个按照本发明的具有一个平面过滤器模块10和一个底座壳 体20的过滤装置的一种实施形式。平面过滤器模块10包括至少一个过滤器平面元件或多个相互平行隔开距离的平面过滤器元件11和一个由两个端板13和四个框架杆14构成的 模块框架。平面过滤器元件11包括一个包围在两个外部的过滤薄膜之间并且在两侧与各过 滤薄膜大面积粘附连接的排水层。排水层符合目的地包括一个或多个由纱线、长丝或由聚 合物和/或金属制成的金属丝构成的织物、一个或多个由聚合物构成的非织造织物、或该 织物和非织造织物的一种组合。优选排水层构成为间隔针织物。各过滤薄膜可以整面地、逐点地或线形地通过涂覆一种反应粘合剂或加热粘合剂 与排水层连接。热焊接以及超声波焊接同样是适合于制造这样的复合结构的方法。各平面过滤器 元件11在各边缘上压力密封地封闭，以便阻止原料液体的侵入。平面过滤器元件11的各过滤薄膜优选由聚醚砜、聚砜、聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯、 聚酰胺、聚醚亚胺、醋酸纤维素、再生纤维素、聚烯烃、氟聚合物组成并且可以例如通过这样 的方式进行制造，即用聚合物溶液给非织造织物和织物涂层并在一个接着的相转化步骤中 产生所述微孔，或以适合的方式拉伸聚合物薄膜，以便产生符合要求的微孔。许多这样的 过滤薄膜在商业上是可买到的，例如称为NADIR 的薄膜(NADIR过滤有限公司，维斯巴 登)或Celgard 平板薄膜(Celgard 有限公司，Charlotte，NC, USA)。优选各平面过滤器元件11和各端板13具有一种矩形形状。在本发明的备选的实 施形式中，各平面过滤器元件和各端板13可以具有一种正方形的、六角形的、圆形的、椭圆 形的或其他的几何形状。在本发明的一种特别优选的实施形式中，各端板13由一种聚合物的轻型结构材 料制造。聚合物的轻型结构材料涉及一种多孔的复合材料，它例如包括一种蜂窝结构(蜂 巢)，或涉及一种纤维复合材料。此外按照本发明，使用具有一种空腔结构的聚合物的轻型 结构材料。各平面过滤器元件11都具有四个液体密封的、设置在平面过滤器元件11的各角 附近的保持孔，四个保持杆15通过这些保持孔。各保持杆15在其两端分别设有(未示出 的)螺纹。在各邻近的平面过滤器元件11之间分别设置四个管形的间隔件27，它们包住 各保持杆15。各保持杆15的长度大于由各平面过滤器元件11和各间隔件构成的堆叠的 厚度，其中各保持杆15的设有螺纹的各端从各端板13伸出。借助拧紧在各保持杆15的各 端侧的螺纹上的螺母(未示出)，将由各平面过滤器元件11构成的堆叠固定在各保持杆15 上。为了将各平面过滤器元件11保持在模块框架中，各保持杆15借助悬挂装置固定 在各框架杆14上。作为悬挂装置优选使用钢弹簧28。各钢弹簧设置在由各平面过滤器元 件11构成的堆叠的各角附近，特别是设置在各端侧的和与其邻近的平面过滤器元件之间。为了排出渗透物，各平面过滤器元件11经由各渗透孔和设置在各邻近的平面过 滤器元件11之间的管状渗透管道相互连接。并且在堆叠中的第一平面过滤器元件11经由 一个另外的渗透管道与一个在邻近的端板13中的渗透通道连接。在端板13的朝向外部的、 与平面过滤器元件11对置的侧面上，渗透通道与一个排出管道12连接。渗透孔和渗透管 道的形状这样构成，以致在对于在其外侧上流动的原料液体的低的流动阻力的同时，各渗 透管道具有一个大的内部的横截面积。在图1所示的实施形式中，各渗透管道具有例如一个以垂直延伸的、细长的由一个矩形和两个端侧的圆弧组成的椭圆形式的管横截面。如由图2显而易见的那样，底座壳体20包括一个由四个由一种聚合物的轻型结构 材料构成的壳体壁21的壁、一些壳体支脚24、两个到四个支承板条22、一些通风管25和一 个压缩空气输入管道26，该压缩空气输入管道与各通风管25连接。各支承板条22用于将 平面过滤器模块10支承或保持在底座壳体20中，其中端板13安置在支承板条22上。各 支承板条22借助固定装置23例如螺栓、螺钉等固定在壳体壁21上。各通风管25具有排 出喷嘴30。在底座壳体20中也可以省去各壳体支脚，从而将所述壁直接安置在地面或一个 基座上。各支承板条22也可以通过超声波焊接或热焊接与各壳体壁21连接。支承板条22 由与壳体壁21相同的聚合物的材料制成，但也可以由与其不同的材料构成。优选壳体壁21由聚合物的空腔板构成 。空腔板由热塑性聚合物如聚丙烯或聚乙 烯按工业标准制造并且在商业上作为半成品以大量的变化形式提供。这些空腔板例如借助 挤压模塑法或通过专门的热接合方法制成。在本发明的另一种实施形式中，至多三个壳体壁21可以由聚合物的实体材料板 构成而只有一个唯一的壳体壁21由一种聚合物的空腔板制成。此外还适用一些实施形式， 其中两个壳体壁21是实体材料板而两个壳体壁是空腔板或三个壳体壁21是空腔板而一个 壳体壁21是实体材料板。按照本发明，具有彼此气密分开的空腔29的空腔板是优选的。通过配合精确地剪 裁和接合由这种类型的空腔板构成的各壳体壁21，各空腔29形成一个在各壳体壁21内延 伸的环形管道的系统。经由一个或多个这样的环形管道，压缩空气管道26与各通风管25 连接。下面使用概念“过滤密度”，以便描述在干燥的状态下过滤面积对过滤装置的自重 的比例。按照本发明的过滤装置具有一个5至10m2/kg优选10至15m2/kg且特别优选15 至20m2/kg的过滤密度。优选的是，底座壳体具有一个大于200kg优选大于500kg且特别优选大于IOOOkg 的承载能力。按照本发明，构成底座壳体的壁的聚合物的轻型结构材料涉及一种多孔的复合材 料。多孔的复合材料构成为一层或多层的，其中至少一个层具有一种多孔的结构。概念“多 孔的结构”描述一种具有大量空隙(蜂窝)的材料，它被各板条和/或各壁包围。各板条和 各壁可以规则地按一种周期的空间栅格的方式设置或完全不规则地延伸。各空隙可以相互 连接或通过封闭的壁彼此完全分开。优选的是，多孔的复合材料包括一种蜂窝结构例如包 括一些规则设置的六边形的蜂窝形式的空隙。在本发明的另一种实施形式中，聚合物的轻型结构材料涉及一种由一种母体聚合 物构成的纤维复合材料，该母体聚合物包含像例如碳素纤维那样的天然或合成来源的增强 纤维。增强纤维在纤维复合材料的制造过程中加到一种母体聚合物的熔体中。优选的是。聚合物的轻型结构材料包括一种空腔结构。按照本发明，底座壳体的 壁的特征在于下列特性
权利要求
用于微米过滤、超级过滤和纳米过滤的过滤装置，包括一个平面过滤器模块(10)和一个底座壳体(20)，该底座壳体具有一个由一种聚合物的多孔的轻型结构材料或一种纤维复合材料构成的壁(21)。
2.按照权利要求1所述的过滤装置，其特征在于，聚合物的轻型结构材料是一种多孔 的复合材料。
3.按照权利要求2所述的过滤装置，其特征在于，多孔的复合材料具有一种蜂窝结构 (蜂巢)。
4.按照权利要求1所述的过滤装置，其特征在于，聚合物的轻型结构材料是一种由一 种母体聚合物构成的纤维复合材料，该母体聚合物包含天然的或合成的增强纤维。
5.按照权利要求1所述的过滤装置，其特征在于，聚合物的轻型结构材料具有一种空 腔结构，该空腔结构包括彼此气密分开的空腔(29)。
6.按照权利要求1所述的过滤装置，其特征在于，壁(21)包括四个壳体壁，其中至少一 个壳体壁具有一种聚合物的空腔结构，而其余的壳体壁由聚合物的实体材料构成。
7.按照权利要求6所述的过滤装置，其特征在于，两个壳体壁具有一种聚合物的空腔 结构而两个壳体壁由聚合物的实体材料制成。
8.按照权利要求6所述的过滤装置，其特征在于，三个壳体壁具有一种聚合物的空腔 结构而一个壳体壁由聚合物的实体材料构成。
9.按照权利要求1所述的过滤装置，其特征在于，底座壳体(20)的壁(21)具有一个小 于350kg/m3优选小于300kg/m3且特别优选小于250kg/m3的单位体积重量。
10.按照权利要求1所述的过滤装置，其特征在于，底座壳体(20)的壁(21)具有一个 0. 5至20cm优选1至IOcm且特别优选2至8cm的厚度。
11.按照权利要求1所述的过滤装置，其特征在于，按照DIN53421垂直于壁表面测量， 底座壳体(20)的壁(21)具有一个大于IMPa优选大于2MPa且特别优选大于3MPa的机械 抗压强度。
12.按照权利要求1所述的过滤装置，其特征在于，按照DIN53421垂直于壁表面测量， 底座壳体(20)的壁(21)具有一个大于60MPa优选大于IOOMPa且特别优选大于200MPa的压缩模量。
13.按照权利要求1所述的过滤装置，其特征在于，按照DIN53294垂直于壁表面测量， 底座壳体(20)的壁(21)具有一个大于0. 5MPa优选大于IMPa且特别优选大于2MPa的抗剪强度。
14.按照权利要求1所述的过滤装置，其特征在于，按照DIN53294垂直于壁表面测量， 底座壳体(20)的壁(21)具有一个大于IOMPa优选大于15MPa且特别优选大于20MPa的剪切模量。
15.按照权利要求1所述的过滤装置，其特征在于，底座壳体(20)配备有一个用于一个 大型泵的通风装置(25、26)。
16.按照权利要求15所述的过滤装置，其特征在于，通风装置包括一个压缩空气输入 管道(26)和一些具有排出喷嘴(30)的通风管(25)，其中各通风管(25)经由一个在底座壳 体(20)的壁(21)中的单独的空腔(29)与压缩空气输入管道(26)连接。
17.按照权利要求15所述的过滤装置，其特征在于，压缩空气输入管道(26)密封地穿过壁(21)的一个壳体壁并且与各通风管(25)直接连接。
18.按照权利要求1的过滤装置，其特征在于，过滤装置的过滤面积与重量的比例为5 至10m2/kg优选10至15m2/kg且特别优选15至20m2/kg。
19.按照权利要求1所述的过滤装置，其特征在于，底座壳体(20)具有一个大于200kg 优选大于500kg且特别优选大于1000kg的承载能力。
20.按照权利要求1所述的过滤装置，其特征在于，底座壳体(20)配备或不配备壳体支 脚(24)，并且各壳体壁的内面具有一些用于支承平面过滤器模块(10)的支承板条(22)。
全文摘要
本发明涉及一种过滤装置，包括一个平面过滤器模块(10)和一个底座壳体(20)，在底座壳体上安置所述平面过滤器模块。底座壳体(20)的一个壁(21)由一种聚合物的多孔的轻型结构材料或一种纤维复合材料构成。
文档编号B01D63/08GK101952017SQ200980106169
公开日2011年1月19日 申请日期2009年2月23日 优先权日2008年3月3日
发明者K·基恩, R·福格特, S·克劳斯 申请人:迈纳德膜技术(厦门)有限公司