專利名稱：用于微米過濾、超級過濾和納米過濾的過濾裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于微米過濾、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(chǔ)。
背景技術(shù)：
用于污水處理的傳統(tǒng)的過濾系統(tǒng)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(nèi)相互平行隔開距離設(shè)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潴留物(Retentat)的待過濾液體經(jīng)由 輸入管道或通過在殼體壁中的孔導(dǎo)入管形或箱形的殼體的內(nèi)部、流過各平面過濾器元件并 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(gòu)成為墊或盒并且包括 一個在兩側(cè)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公開了一種用于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(jī)的流動介質(zhì)進(jìn)行過濾和分離的裝置，包括一個壓力密封的殼體、一 個用于流動介質(zhì)的進(jìn)口和一些用于潴留物以及滲透物的出口和一些設(shè)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(gòu)成并且被流動介質(zhì)繞流，其中在殼 體中連續(xù)或并排地設(shè)置一些分開的薄膜墊的堆疊并且這些堆疊連續(xù)的或并排地被流動介 質(zhì)繞流。EP 0 129 663 Al教導(dǎo)了一種通過逆向滲透、超級過濾、超量過濾、氣體滲透等用 于水脫鹽的薄膜墊，其中在兩個外部的薄膜之間設(shè)置一個排水層并且排水層在一個邊緣區(qū) 域連續(xù)和壓力密封地與各薄膜焊接。WO 03/037489A1描述了一種用于污水處理的過濾模塊，包括多個具有至少一個用 于對其內(nèi)腔進(jìn)行排水的孔的過濾器薄膜袋，它們垂直、平行并且優(yōu)選以彼此等距離地這樣 設(shè)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(qiáng)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(shè)置的側(cè) 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(shè)置的側(cè)壁中的一些成對并且相互平行設(shè)置的凹槽用于容納和 保持各平面過濾器元件。各平面過濾器元件的邊緣側(cè)的部分借助粘合連接或機(jī)械保持固定 在各凹槽中。通常將原料液體借助一個泵沿垂直方向從下向上導(dǎo)過過濾模塊。特別是采用利用 空氣運(yùn)行的大型泵(氣壓提升機(jī))。在這方面將壓縮空氣從一個壓縮機(jī)中經(jīng)由壓縮空氣管 道在過濾模塊的下方導(dǎo)入原料液體中。在導(dǎo)入位置通過導(dǎo)入的空氣大大降低原料液體的密 度并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(shè)置在一個水平平面內(nèi)，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(tǒng)的連續(xù)運(yùn)行中，將直徑過大以致通不過過濾薄膜的微孔的粒子阻 擋并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(nèi)的 積累形成濾餅，它越來越堵塞薄膜表面并且降低系統(tǒng)的過濾效能。為了重新建立或獲得過濾效能，在一個設(shè)備維修框架中定期清潔薄膜表面。為此 機(jī)械地例如借助刷子或水槍或借助反向沖洗清潔薄膜表面。部分地伴隨著機(jī)械清潔也采用 化學(xué)的清洗劑(化學(xué)機(jī)械清潔)。在安裝和維修時以及在運(yùn)行過程中，部分地巨大的機(jī)械力作用到過濾裝置上。這 在大型的具有大于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 污水凈化設(shè)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并且在因維修而決定抬起過濾裝置時實(shí)際上并不流走。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(dá)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(jié)構(gòu)必須經(jīng)得起高達(dá)一噸的負(fù)荷。為了確保為此需要的機(jī)械穩(wěn)定性或剛度，借助一個由一種穩(wěn)定的材料例如鋼構(gòu)成 的框架或角撐加強(qiáng)和相互連接過濾裝置的各側(cè)壁。這種類型的框架結(jié)構(gòu)在制造中是耗費(fèi)和 昂貴的并且還提高了過濾裝置的自重。

發(fā)明內(nèi)容
與之相應(yīng)，本發(fā)明的目的是，提供一種過濾裝置，它以緊湊的結(jié)構(gòu)形式在具有高的 機(jī)械穩(wěn)定性和小的自重的同時具有一種特別高的過濾密度，即相對于其自重具有大的過濾 面積。本發(fā)明的另一目的在于，提供一種過濾裝置，它結(jié)構(gòu)簡單并且可成本低地進(jìn)行制 造、具有小的流動阻力和小的堵塞傾向并且易于維護(hù)和修理。通過一種過濾裝置達(dá)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(jié)構(gòu)材料或一種纖維復(fù)合材料構(gòu)成的壁。


下面參照各附圖的簡化視圖更詳細(xì)地描述本發(fā)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(xì)節(jié)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(shí)施例方式圖1以透視圖示出一個按照本發(fā)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(shí)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和四個框架桿14構(gòu)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并且在兩側(cè)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/或金屬制成的金屬絲構(gòu)成的織物、一個或多個由聚合物構(gòu)成的非織造織物、或該 織物和非織造織物的一種組合。優(yōu)選排水層構(gòu)成為間隔針織物。各過濾薄膜可以整面地、逐點(diǎn)地或線形地通過涂覆一種反應(yīng)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于制造這樣的復(fù)合結(jié)構(gòu)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(yōu)選由聚醚砜、聚砜、聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯、 聚酰胺、聚醚亞胺、醋酸纖維素、再生纖維素、聚烯烴、氟聚合物組成并且可以例如通過這樣 的方式進(jìn)行制造，即用聚合物溶液給非織造織物和織物涂層并在一個接著的相轉(zhuǎn)化步驟中 產(chǎn)生所述微孔，或以適合的方式拉伸聚合物薄膜，以便產(chǎn)生符合要求的微孔。許多這樣的 過濾薄膜在商業(yè)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(yōu)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(fā)明的備選的實(shí) 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(fā)明的一種特別優(yōu)選的實(shí)施形式中，各端板13由一種聚合物的輕型結(jié)構(gòu)材 料制造。聚合物的輕型結(jié)構(gòu)材料涉及一種多孔的復(fù)合材料，它例如包括一種蜂窩結(jié)構(gòu)(蜂 巢)，或涉及一種纖維復(fù)合材料。此外按照本發(fā)明，使用具有一種空腔結(jié)構(gòu)的聚合物的輕型 結(jié)構(gòu)材料。各平面過濾器元件11都具有四個液體密封的、設(shè)置在平面過濾器元件11的各角 附近的保持孔，四個保持桿15通過這些保持孔。各保持桿15在其兩端分別設(shè)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(shè)置四個管形的間隔件27，它們包住 各保持桿15。各保持桿15的長度大于由各平面過濾器元件11和各間隔件構(gòu)成的堆疊的 厚度，其中各保持桿15的設(shè)有螺紋的各端從各端板13伸出。借助擰緊在各保持桿15的各 端側(cè)的螺紋上的螺母(未示出)，將由各平面過濾器元件11構(gòu)成的堆疊固定在各保持桿15 上。為了將各平面過濾器元件11保持在模塊框架中，各保持桿15借助懸掛裝置固定 在各框架桿14上。作為懸掛裝置優(yōu)選使用鋼彈簧28。各鋼彈簧設(shè)置在由各平面過濾器元 件11構(gòu)成的堆疊的各角附近，特別是設(shè)置在各端側(cè)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(jīng)由各滲透孔和設(shè)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。并且在堆疊中的第一平面過濾器元件11經(jīng)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(cè)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(gòu)成，以致在對于在其外側(cè)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(nèi)部的橫截面積。在圖1所示的實(shí)施形式中，各滲透管道具有例如一個以垂直延伸的、細(xì)長的由一個矩形和兩個端側(cè)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(jié)構(gòu) 材料構(gòu)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(fēng)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(fēng)管25連接。各支承板條22用于將 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借助固定裝置23例如螺栓、螺釘?shù)裙潭ㄔ跉んw壁21上。各通風(fēng)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制成，但也可以由與其不同的材料構(gòu)成。優(yōu)選殼體壁21由聚合物的空腔板構(gòu)成 ?？涨话逵蔁崴苄跃酆衔锶缇郾┗蚓垡?烯按工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制造并且在商業(yè)上作為半成品以大量的變化形式提供。這些空腔板例如借助 擠壓模塑法或通過專門的熱接合方法制成。在本發(fā)明的另一種實(shí)施形式中，至多三個殼體壁21可以由聚合物的實(shí)體材料板 構(gòu)成而只有一個唯一的殼體壁21由一種聚合物的空腔板制成。此外還適用一些實(shí)施形式， 其中兩個殼體壁21是實(shí)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(shí)體材料板。按照本發(fā)明，具有彼此氣密分開的空腔29的空腔板是優(yōu)選的。通過配合精確地剪 裁和接合由這種類型的空腔板構(gòu)成的各殼體壁21，各空腔29形成一個在各殼體壁21內(nèi)延 伸的環(huán)形管道的系統(tǒng)。經(jīng)由一個或多個這樣的環(huán)形管道，壓縮空氣管道26與各通風(fēng)管25 連接。下面使用概念“過濾密度”，以便描述在干燥的狀態(tài)下過濾面積對過濾裝置的自重 的比例。按照本發(fā)明的過濾裝置具有一個5至10m2/kg優(yōu)選10至15m2/kg且特別優(yōu)選15 至20m2/kg的過濾密度。優(yōu)選的是，底座殼體具有一個大于200kg優(yōu)選大于500kg且特別優(yōu)選大于IOOOkg 的承載能力。按照本發(fā)明，構(gòu)成底座殼體的壁的聚合物的輕型結(jié)構(gòu)材料涉及一種多孔的復(fù)合材 料。多孔的復(fù)合材料構(gòu)成為一層或多層的，其中至少一個層具有一種多孔的結(jié)構(gòu)。概念“多 孔的結(jié)構(gòu)”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(guī)則地按一種周期的空間柵格的方式設(shè)置或完全不規(guī)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(yōu)選的是，多孔的復(fù)合材料包括一種蜂窩結(jié)構(gòu)例如包 括一些規(guī)則設(shè)置的六邊形的蜂窩形式的空隙。在本發(fā)明的另一種實(shí)施形式中，聚合物的輕型結(jié)構(gòu)材料涉及一種由一種母體聚合 物構(gòu)成的纖維復(fù)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(qiáng) 纖維。增強(qiáng)纖維在纖維復(fù)合材料的制造過程中加到一種母體聚合物的熔體中。優(yōu)選的是。聚合物的輕型結(jié)構(gòu)材料包括一種空腔結(jié)構(gòu)。按照本發(fā)明，底座殼體的 壁的特征在于下列特性
權(quán)利要求
用于微米過濾、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(jié)構(gòu)材料或一種纖維復(fù)合材料構(gòu)成的壁(21)。
2.按照權(quán)利要求1所述的過濾裝置，其特征在于，聚合物的輕型結(jié)構(gòu)材料是一種多孔 的復(fù)合材料。
3.按照權(quán)利要求2所述的過濾裝置，其特征在于，多孔的復(fù)合材料具有一種蜂窩結(jié)構(gòu) (蜂巢)。
4.按照權(quán)利要求1所述的過濾裝置，其特征在于，聚合物的輕型結(jié)構(gòu)材料是一種由一 種母體聚合物構(gòu)成的纖維復(fù)合材料，該母體聚合物包含天然的或合成的增強(qiáng)纖維。
5.按照權(quán)利要求1所述的過濾裝置，其特征在于，聚合物的輕型結(jié)構(gòu)材料具有一種空 腔結(jié)構(gòu)，該空腔結(jié)構(gòu)包括彼此氣密分開的空腔(29)。
6.按照權(quán)利要求1所述的過濾裝置，其特征在于，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(jié)構(gòu)，而其余的殼體壁由聚合物的實(shí)體材料構(gòu)成。
7.按照權(quán)利要求6所述的過濾裝置，其特征在于，兩個殼體壁具有一種聚合物的空腔 結(jié)構(gòu)而兩個殼體壁由聚合物的實(shí)體材料制成。
8.按照權(quán)利要求6所述的過濾裝置，其特征在于，三個殼體壁具有一種聚合物的空腔 結(jié)構(gòu)而一個殼體壁由聚合物的實(shí)體材料構(gòu)成。
9.按照權(quán)利要求1所述的過濾裝置，其特征在于，底座殼體(20)的壁(21)具有一個小 于350kg/m3優(yōu)選小于300kg/m3且特別優(yōu)選小于250kg/m3的單位體積重量。
10.按照權(quán)利要求1所述的過濾裝置，其特征在于，底座殼體(20)的壁(21)具有一個 0. 5至20cm優(yōu)選1至IOcm且特別優(yōu)選2至8cm的厚度。
11.按照權(quán)利要求1所述的過濾裝置，其特征在于，按照DIN53421垂直于壁表面測量， 底座殼體(20)的壁(21)具有一個大于IMPa優(yōu)選大于2MPa且特別優(yōu)選大于3MPa的機(jī)械 抗壓強(qiáng)度。
12.按照權(quán)利要求1所述的過濾裝置，其特征在于，按照DIN53421垂直于壁表面測量， 底座殼體(20)的壁(21)具有一個大于60MPa優(yōu)選大于IOOMPa且特別優(yōu)選大于200MPa的壓縮模量。
13.按照權(quán)利要求1所述的過濾裝置，其特征在于，按照DIN53294垂直于壁表面測量， 底座殼體(20)的壁(21)具有一個大于0. 5MPa優(yōu)選大于IMPa且特別優(yōu)選大于2MPa的抗剪強(qiáng)度。
14.按照權(quán)利要求1所述的過濾裝置，其特征在于，按照DIN53294垂直于壁表面測量， 底座殼體(20)的壁(21)具有一個大于IOMPa優(yōu)選大于15MPa且特別優(yōu)選大于20MPa的剪切模量。
15.按照權(quán)利要求1所述的過濾裝置，其特征在于，底座殼體(20)配備有一個用于一個 大型泵的通風(fēng)裝置(25、26)。
16.按照權(quán)利要求15所述的過濾裝置，其特征在于，通風(fēng)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(fēng)管(25)，其中各通風(fēng)管(25)經(jīng)由一個在底座殼 體(20)的壁(21)中的單獨(dú)的空腔(29)與壓縮空氣輸入管道(26)連接。
17.按照權(quán)利要求15所述的過濾裝置，其特征在于，壓縮空氣輸入管道(26)密封地穿過壁(21)的一個殼體壁并且與各通風(fēng)管(25)直接連接。
18.按照權(quán)利要求1的過濾裝置，其特征在于，過濾裝置的過濾面積與重量的比例為5 至10m2/kg優(yōu)選10至15m2/kg且特別優(yōu)選15至20m2/kg。
19.按照權(quán)利要求1所述的過濾裝置，其特征在于，底座殼體(20)具有一個大于200kg 優(yōu)選大于500kg且特別優(yōu)選大于1000kg的承載能力。
20.按照權(quán)利要求1所述的過濾裝置，其特征在于，底座殼體(20)配備或不配備殼體支 腳(24)，并且各殼體壁的內(nèi)面具有一些用于支承平面過濾器模塊(10)的支承板條(22)。
全文摘要
本發(fā)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(jié)構(gòu)材料或一種纖維復(fù)合材料構(gòu)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(yōu)先權(quán)日2008年3月3日
發(fā)明者K·基恩, R·福格特, S·克勞斯 申請人:邁納德膜技術(shù)(廈門)有限公司