Опорная рама для фильтрующей мембраны

Опорная рама для фильтрующей мембраны

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к фильтрующему элементу, содержащему мембрану с встроенным проницаемым каналом и рамное устройство, служащее опорой мембране и уплотняющее указанный встроенный проницаемый канал у края мембраны. Изобретение также относится к способу изготовления такого фильтрующего элемента и к фильтрующему мембранному модулю, содержащему ряд указанных фильтрующих элементов.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

В последнее время имеется большой интерес к использованию мембранных биореакторов (МБР) в водной среде. МБР представляет собой объединение двух основных процессов - биологического разложения и мембранного разделения - в одном процессе, в котором взвешенные твердые вещества и микроорганизмы, обеспечивающие биоразложение, отделяют от обрабатываемой воды мембранным фильтрующим блоком. Проводимые в настоящее время исследовательские работы направлены на возможность использования МБР для бытовых, промышленных и промышленно-бытовых обрабатывающих установок, для сгущенных потоков, поступающих от промышленных производственных процессов, для обработки просачивающейся из участков для размещения отходов воды и обезвоживания шлама. Успехи в использовании мембранных биореакторов для обработки сточных вод положили начало изучению концепции МБР в приложении к технологическим процессам получения питьевой воды.

В биореакторах, используемых для сточных вод, биологическая обработка в реакторе объединена с физической обработкой посредством мембранной фильтрации. Использование мембранной фильтрации вместо процесса осаждения обеспечивает обслуживание больших шламовых нагрузок в реакторе, что теоретически приводит к высоким скоростям биологического разложения с низким шламообразованием. В печатных материалах по МБР упомянуты концентрации шлама 15-20 г/л. Высокая эффективность данного процесса создает возможность для обработки потоков высокой концентрации и создания систем с небольшой занимаемой площадью. В практике использования занимаемая площадь уменьшена за счет меньшей площади, необходимой для мембранной фильтрации, благодаря максимальной концентрации обслуживаемого шлама в 8-12 г/л и освобождения от отстойных баков. Кроме того, обеспечены более высокие скорости образования шлама по сравнению с обычными отстойными системами.

В патентном документе JP 2001212436 приведено описание мембранного картриджа погружного типа и способа его производства. В этой заявке предложено изготовление мембранного картриджа погружного типа, в котором мембраны прикреплены сваркой к внутреннему краю фильтрующего картриджа.

В патентных документах JP 2003135939 и JP 2003144869 приведено описание разделительной мембраны, изготовленной посредством формирования пористого смоляного слоя на поверхности материала из органического волокна на пористой основе. Частью смолы выполняют пропитку по меньшей мере части поверхностного слоя материала на пористой основе с образованием композитного слоя с материалом на пористой основе по меньшей мере в части поверхностного слоя. Цель этих патентов заключается в разработке мембраны с высокой водопроницаемостью, в которой почти не возникает засорения и предотвращено отслаивание пористого смоляного слоя от материала на пористой основе.

В патентном документе JP 06-218239 приведено описание крепежной конструкции для пленки, препятствующей вытеканию адгезива к центральной стороне пленочного устройства во время приклеивания пленки на опорный корпус, и легкоотделяемой пленки, причем канавка выполнена у периферийной части опорного корпуса, а пленка прикреплена адгезивом к опорному корпусу снаружи канавки и размещена так, что канавка закрыта.

В патентном документе US 2006/0213368 приведено описание проницаемой для водорода мембраны, обладающей превосходной высокотемпературной устойчивостью к кристаллизации и длительным сроком службы при работе в условиях высокотемпературного нагрева, при этом предусмотрена возможность уменьшения ее в размерах для использования в водородных очистных устройствах с высокими эксплуатационными характеристиками. Мембрана выполнена из специального сплава никеля с цирконием с некристаллической структурой и расположена между двумя армированными никелем рамами, каждая из которых имеет наружный боковой размер 25 мм, вертикальный наружный размер 0,85 мм, ширину 5 мм и толщину 0,2 мм, при этом мембрана прикреплена ультразвуковой сваркой к армированным рамам.

В патентном документе US 5011556 приведено описание двухэтапного процесса для ультразвуковой сварки первого и второго термопластичных компонентов с прикреплением между ними мембраны сваркой.

В патентном документе US 5681438 приведено описание мембранного модуля, используемого для непрерывного процесса электродеионизации, в котором непористые мембраны приклеены к распоркам, которые в свою очередь приклеены друг к другу с созданием опорной зоны для мембраны в результате вхождения в соприкосновение с поверхностью мембраны, расположенной напротив поверхности, к которой приклеена мембрана.

В патентном документе US 388765 приведено описание структуры прецизионного микрофильтра, которая состоит из тонкой гибкой металлической решетчатой поверхности, расположенной между двумя кольцевыми корпусами, выровненными в осевом направлении и соединенными между собой.

В патентном документе DE 3417248 приведено описание фильтра для отделения твердых веществ из жидкостей, пригодного для удаления зубной амальгамы из ополаскивающих жидкостей. Фильтр состоит из ситовых сеток с круговыми кольцами, уложенными в вертикальную стопу в пластиковом корпусе.

В патентном документе FR 2647512 приведено описание процесса для обжатия эластичной деформируемой натянутой поверхности, в частности, пленки или ткани, например, для фильтрации, в котором эластичную деформируемую поверхность зажимают между крепежными опорами и съемной рамой. Съемная рама входит в соприкосновение с секцией крепежной опоры и зажимает данную поверхность при перемещении рамы в фиксированное положение с крепежной опорой. В процессе перемещения выступающая часть рамы обеспечивает установку на место данной поверхности в натянутом состоянии.

В патентном документе WO 2003/037489 приведено описание пластинчатого фильтрационного модуля, содержащего ряд «карманов с фильтрующими мембранами», имеющих по меньшей мере одно отверстие для дренажа внутренней области этого ряда карманов. Указанные карманы расположены вертикально в жесткой опоре и параллельно, предпочтительно на одинаковом расстоянии друг от друга так, что через смежные карманы предусмотрено интенсивное перекрестное прохождение жидкости. Данный фильтрационный модуль отличается тем, что карманы с фильтрующими мембранами являются по существу плоскими и гибкими и прикреплены к опоре с противоположных сторон, причем опора содержит по меньшей мере одну эвакуационную линию для эвакуации жидкости посредством высасывания через карманы с фильтрующими мембранными карманами, имеющими гибкую, проницаемую для жидкости основную часть и ряд проницаемых для жидкости основных элементов.

В патентном документе WO 2006/056159 приведено описание безрамного мембранного картриджа, в котором мембранные слои покрыты на наружных поверхностях упрочняющей структурой по меньшей мере из двух разнесенных дренажных слоев, которые сжаты вместе по краям. Однако такое прикрепление мембранных слоев к упрочняющей структуре является слабым, что ведет к низким давлениям обратной промывки.

Мембраны с встроенным проницаемым каналом, также названные в описании как ИПК мембраны, в которых мембрана жестко привязана к упрочняющей структуре, известны из патентного документа WO 2006/0154161. Данные ИПК мембраны содержат проницаемый канал, образованный между двумя поверхностями мембраны, которые образуют встроенную целостную конструкцию. Это обеспечено за счет использования трехмерной тканевой прокладки, имеющей две тканевые поверхности, разнесенные монофиламентной нитью на заданное расстояние. Мембранные слои нанесены непосредственно на тканевые поверхности и частично пронизывают указанную поверхность, при этом проходящие через тканевую поверхность петли монофиламентной нити встроены в мембранный слой. Таким образом, образована структура, имеющая две разнесенные мембранные поверхности. За счет непосредственного нанесения на трехмерную тканевую прокладку ИПК мембрана проще в изготовлении, что снижает производственные затраты, а также имеет повышенную прочность сцепления, обеспечивая обратную промывку при относительно больших давлениях, что повышает эффективность фильтрации.

Использование таких ИПК мембран предусмотрено в так называемых мембранных карманах или картриджах для мембранных биореакторов (МБР), предназначенных для использования в технологических процессах очистки или в потоках сточных вод. Мембранные картриджи предшествующего уровня техники, предложенные в патентном документе WO 2006/0154161, содержат проницаемый канал, образованный между двумя мембранными поверхностями, причем проницаемый канал уплотнен по всему краю картриджа, а для извлечения фильтрата из проницаемого канала выполнена дренажная трубка. Производство такого мембранного канала или картриджа является трудоемким и включает ряд ручных вмешательств.

В патентном документе WO 2008/141935 приведено описание бесшовного мембранного мешка, в котором тканевая прокладка пропитана веществом мембраны с образованием двух мембран с внутренним проницаемым каналом, расположенным между внутренними поверхностями мембран, и в котором края двух мембран соединены перемычками из вещества мембраны, перекрывающими расстояние между мембранами. Для извлечения фильтрата из внутреннего проницаемого канала выполнена трубка. При этом способе получают ИПК мембраны с внутренним проницаемым каналом, для которых не требуется наносить по периметру мембраны уплотняющий материал, препятствующий прямому прохождению текучей среды от проницаемого канала или к нему, минуя мембрану.

Существующие системы фильтров для очистки сточной воды содержат ряд таких мембранных картриджей, обычно смонтированных в модуле, установленном в коробчатом корпусе, с возможностью открывания вверх и вниз. Каждый из мембранных картриджей имеет отверстие для выпуска фильтрата, причем мембранные картриджи расположены вертикально, параллельно друг другу с отнесением от смежных картриджей. Промежутки между отдельными мембранными картриджами образуют проходы, проходимые для текучей среды. Ниже коробки с мембранными картриджами расположен корпус с устройством, обеспечивающим подачу воздуха, образующего поток в верхнем направлении, за счет которого текучая среда проходит вдоль мембранных картриджей. Этот поток воздуха, проходящий вверх параллельно поверхностям мембраны, создает очищающий поток, предотвращающий засорение фильтрующей мембраны, то есть, отложение отходов на поверхности фильтрующей мембраны. В процессе фильтрации и под воздействием потока воздуха в верхнем направлении промежуточное расстояние между мембранами фильтра, образованного гибкой тканевой прокладкой, покрытой веществом мембраны, изменяется с уменьшением расстояния между мембранами в некоторых местах с одновременным увеличением расстояния в других местах. При слишком маленьком промежуточном расстоянии интенсивность очищающей струи по всей поверхности фильтра становится недостаточной, что приводит к засорению. Предусмотрено упрочнение фильтрующего картриджа за счет размещения распорок поперек поверхности фильтрующей мембраны, однако это ухудшает очистку фильтрующей мембраны от препятствующих фильтрации отложений.

Другая проблема, связанная с направленным вверх потоком воздуха заключается в том, что указанные изменения промежуточного расстояния приводят к царапинам и разрывам мембранных слоев, укорачивающим срок службы фильтрующих мембран.

Таким образом, цель изобретения заключается в разработке фильтрующего элемента без вышеуказанных недостатков.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью изобретения является обеспечение фильтрующего элемента, который содержит мембрану с встроенным проницаемым каналом, также названную в описании «ИПК мембрана» или «мембрана», и рамное устройство, также названное в описании «рама», содержащее первый и второй рамные профили.

Преимущество предложенного фильтрующего элемента заключается в том, что ИПК мембрана, имеющая опорой рамное устройство, менее восприимчива к засорению и повреждениям в процессе фильтрации, а также под воздействием направленного вверх потока воздуха, что увеличивает срок службы фильтрующего элемента.

Преимущество предложенного фильтрующего элемента также заключается в обеспечении возможности в процессе обратной промывки и/или в процессе фильтрации использовать высокие давления в результате улучшенного уплотнения встроенного проницаемого канала, также названного в описании «ИПК» или «проницаемый канал», у края ИПК мембраны, за счет прикрепления к ИПК мембране рамного устройства, обеспечивающего охват ИПК мембраны. Улучшенное уплотнение обеспечивает возможность использования более высокого давления в процессе фильтрации, что приводит к увеличению потока фильтрата и ускорению процесса фильтрации. Улучшенное уплотнение обеспечивает возможность использования более высокого давления также и в процессе обратной промывки, что повышает эффективность процесса очистки ИПК мембраны и срок службы фильтрующего элемента.

Кроме того, целью изобретения является обеспечение фильтрующего элемента, который содержит дополнительный внутренний контурный канал, также названный в описании «дополнительный проницаемый канал», сообщающийся с внутренним проницаемым каналом. Дополнительный внутренний контурный канал выполнен в продольном канале рамного устройства по границе мембраны для обеспечения сбора и перемещения извлеченного фильтрата из встроенного проницаемого канала к выпускному отверстию мембраны. Преимущество дополнительного проницаемого канала заключается в улучшенном потоке фильтрата в процессе фильтрации, обеспечивающем уменьшение потерь давления у проницаемой стороны мембраны, что приводит к уменьшению засорения. Преимущество указанного дополнительного проницаемого канала также заключается в увеличении скорости обратного потока фильтрата во встроенном проницаемом канале, что ускоряет процесс обратной промывки.

Кроме того, целью изобретения является обеспечение способа изготовления фильтрующего элемента. Преимущество способа заключается в легкости изготовления, при более низкой себестоимости, фильтрующих элементов, в которых предложенная согласно изобретению рама служит опорой мембране и обеспечивает уплотнение ИПК по краям мембраны.

Кроме того, целью изобретения является обеспечение фильтрующего модуля, содержащего ряд фильтрующих элементов согласно изобретению. Преимущество данного фильтрующего модуля заключается в том, что в случае протечки или засорения модульных фильтрующих элементов легко выполнима их замена на другие фильтрующие элементы.

Другие частные варианты осуществления изобретения определены в зависимых пунктах.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 - схематическое изображение первого рамного профиля рамного устройства первого типа;

Фиг.2 - схематическое изображение поперечного сечения по оси а-а первого рамного профиля рамного устройства первого типа;

Фиг.3 - схематическое изображение второго рамного профиля рамного устройства первого типа;

Фиг.4 - схематическое изображение второго рамного профиля рамного устройства первого типа в поперечном разрезе, взятом по оси b-b;

Фиг.5 - схематическое изображение поперечного сечения рамного устройства первого типа, в котором первый рамный профиль наложен на второй рамный профиль;

Фиг.6 и 7 - схематическое изображение рамного устройства первого типа, в котором первый рамный профиль наложен на второй рамный профиль с вставленной между ними мембраной, вид в поперечном разрезе;

Фиг.8 - схематическое изображение первого рамного профиля рамного устройства второго типа;

Фиг.9 - схематическое изображение первого рамного профиля рамного устройства второго типа в поперечном разрезе, взятом по оси а-а;

Фиг.10 - схематическое изображение второго рамного профиля рамного устройства второго типа;

Фиг.11 - схематическое изображение второго рамного профиля рамного устройства второго типа в поперечном разрезе, взятом по оси b-b;

Фиг.12-14 - схематические изображения рамного устройства второго типа, в котором первый рамный профиль наложен на второй рамный профиль, вид в поперечном разрезе;

Фиг.15 и 16 - схематические изображения рамного устройства второго типа, в котором первый рамный профиль наложен на второй рамный профиль с вставленной между ними мембраной, вид в поперечном разрезе;

Фиг.17-20 схематические изображения рамных устройств первого и второго типа, в которых первый рамный профиль наложен на второй рамный профиль с вставленной между ними мембраной и в которых внутренние части рамных профилей выполнены с криволинейной кромкой, вид в поперечном разрезе;

Фиг.21 и 22 схематическое изображение внутренней части с криволинейной кромкой, местный вид в поперечном разрезе;

Фиг.23-26 схематические изображения рамных устройств первого и второго типа, в которых первый рамный профиль наложен на второй рамный профиль с вставленной между ними мембраной, и в которых внутренние части рамных профилей выполнены с криволинейной кромкой, и в которых внутренние и наружные части рамных профилей выполнены с принимающими адгезив канавками и канавкой под адгезив, вид в поперечном разрезе;

Фиг.27-30 схематическое изображение рамных устройств первого и второго типа, в которых первый рамный профиль наложен на второй рамный профиль с вставленной между ними мембраной, и в которых внутренние части рамных профилей выполнены с распоркой, вид в поперечном разрезе;

Фиг.31 и 32 схематическое изображение рамных устройств первого и второго типа, в которых первый рамный профиль наложен на второй рамный профиль с вставленной между ними мембраной, и в которых внутренние части рамных профилей согласно изобретению прикреплены к мембранной поверхности, и в которых угол, образованный внутренней частью, прикрепленной к мембранной поверхности, ближайшей к той области мембраны, которая служит для фильтрации жидкости, уплотнен, вид в поперечном разрезе.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Согласно изобретению предложен фильтрующий элемент, содержащий (i) мембрану (4) с встроенным проницаемым каналом, которая имеет гибкую структуру и содержит верхний и нижний мембранные слои и материал основы для опирания указанных мембранных слоев, при этом указанный материал основы представляет собой трехмерную прокладочную ткань, имеющую верхнюю и нижнюю тканевые поверхности, соединенные друг с другом и разнесенные монофиламентными нитями на заданное расстояние, причем каждая из указанных верхней и нижней тканевых поверхностей выполнена по меньшей мере с одним мембранным слоем, образующим указанные верхний и нижний мембранные слои, при этом между указанными верхним и нижним мембранными слоями предусмотрен проницаемый канал, соединенный с выпускным отверстием, обеспечивающим выпуск фильтрата из встроенного проницаемого канала, и (ii) рамное устройство, служащее опорой для указанной мембраны и уплотняющее указанный встроенный проницаемый канал у края мембраны, причем указанное рамное устройство содержит первый рамный профиль (1 или 5) и второй рамный профиль (2 или 6), каждый из которых имеет форму и размеры, обеспечивающие охват мембраны, при этом каждый из указанных первого и второго рамных профилей имеет внутренние части (12, 22 или 52, 62) и наружные части (11, 21 или 54, 64), причем указанная мембрана (4) вставлена между указанным первым рамным профилем (1 или 5) и указанным вторым рамным профилем (2 или 6) так, что внутренние части находятся в соприкосновении с поверхностью верхнего и нижнего мембранных слоев по периферии мембраны, при этом наружные части обоих рамных профилей находятся в соприкосновении друг с другом, а внутренними частями образован продольный канал (3 или 7), обеспечивающий установку мембраны, причем кромки внутренних частей, входящие в соприкосновение с поверхностями мембранных слоев, ближайшие к области мембраны, имеют криволинейную форму, при этом для прикрепления внутренних частей к мембранным слоям и наружных частей друг к другу использован адгезив. Рамное устройство фильтрующего элемента, в частности, пригодно для выполнения опирания мембраны с встроенным проницаемым каналом и уплотнения мембраны за один этап.

Согласно изобретению также предложен способ для изготовления такого фильтрующего элемента.

Согласно изобретению дополнительно предложен фильтрующий модуль, причем указанный модуль содержит ряд указанных фильтрующих элементов.

Мембрана с встроенным проницаемым каналом

Мембрана с встроенным проницаемым каналом содержит материал основы для опирания мембранных слоев, причем указанная основа является трехмерной прокладочной тканью, также названной в описании «трехмерной прокладочной тканью». Трехмерная прокладочная ткань имеет верхнюю и нижнюю тканевые поверхности, соединенные вместе и разнесенные монофиламентными нитями на заданное расстояние, как определено в патентных документах WO 2006/0154161 A1, ЕР 1992400 A1 и WO 2008/141935 A1.

В предпочтительном варианте выполнения, тканевые поверхности и монофиламентные нити трехмерной прокладочной ткани связаны петлями монофиламентных нитей, как определено в патентных документах WO 2006/0154161 A1, ЕР 1992400 A1 и WO 2008/141935 A1. Предпочтительно тканевые поверхности являются поверхностями трикотажного, тканого или нетканого типа. Расстояние между верхней и нижней тканевой поверхностью предпочтительно составляет 0,5-10 мм. Трехмерная прокладочная ткань предпочтительно содержит материал, выбранный из группы, включающей полиэстер, нейлон, полиамид, сульфид полифенилена, полиэтилен и полипропилен.

ИПК мембрана дополнительно содержит мембранный слой, наложенный на указанную верхнюю и нижнюю тканевые поверхности, и проницаемый канал, расположенный между указанными двумя мембранными слоями, при этом мембранные слои связаны в целом ряде точек указанными верхней и нижней тканевыми поверхностями, как определено в патентных документах WO 2006/0154161 A1, ЕР 1992400 A1 и WO 2008/141935 A1.

Мембранные слои наложены с обеих сторон указанной верхней и нижней тканевой поверхности предпочтительно посредством покрытия мембранной пастой в аппарате для нанесения покрытий. Затем пасту подвергают коагуляции посредством удаления растворителя. Как вариант, коагуляцию выполняют способом фазовой инверсии, при котором растворитель мембранной пасты извлекают из пасты нерастворимым полимером мембраны. Предусмотрено выполнение фазовой инверсии в жидкости, например в воде, или в окружающей среде, содержащей пары указанного нерастворимого полимера. Формирование мембраны, как вариант, выполняют испарением растворителя или сухой фазовой инверсии. Процесс фазовой инверсии инициируют извне.

ИПК мембрана имеет гибкую структуру, обеспечивающую возможность складывания мембраны и намотки ее на цилиндр, то есть указанной мембране не присуща жесткость листовых материалов.

ИПК мембраны обычно имеют асимметричное распределение размеров пор, в котором наименьшие поры находятся на стороне подачи. Крупные частицы не проникают в слой мембраны, что облегчает чистку мембраны, например, обратной промывкой. В противном случае в мембрану могли бы проникать частицы и блокировать поры внутри мембранного слоя. Распределение размера пор происходит на этапе коагуляции, и наружные поверхности с обеих сторон ИПК мембраны не следует подвергать воздействию коагулянта в одинаковой степени. Асимметричное распределение размера пор возможно обеспечить посредством коагуляции на фазе испарения. Указанное распределение также возможно обеспечить, если уплотнить края покрытой мембранной пастой трехмерной прокладочной ткани до выполнения этапа коагуляции для предотвращения проникновения коагулянта в проницаемый канал. В данной области техники этот процесс предусмотрено выполнять отдельным этапом до покрытия мембраны или совместно с этапом покрытия, как описано в патентных документах ЕР 1992400 A1 и WO 2008/141935 A1.

Мембранный слой предпочтительно содержит полимер, выбранный из группы, включающей полисульфон (ПСУ), поливинилхлорид (ПВХ), полиакрилонитрил (ПАН), полиэфир, полиэфирсульфон (ПЭС), полиэфиркетон (ПЭК), полиэфирэфиркетон (ПЭЭК), поливинилиденефторид (ПВДФ), поливинилацетат (ПВАц), поливинилалкоголь (ПВА), полиамид (ПА), поливинлпирролидон (ПВП), ПВП с перекрестной связью, целлюлозу, например ацетат целлюлозы (АЦ) и триацетат целлюлозы (ТАЦ), блочные полимеры поликарбоната, резину, выбранную из группы, включающей силиконовую резину, полиметилпентен, хлоропрен, бутадиен-стирольный каучук, бутадиен-нитрильный каучук, уретан, Hypalone®, неопрен, нитрил, буна, уретан, эпихлорохидрин, Viton®, ЭПДМ или каучук на основе сополимера этилена, пропилена и диенового мономера, бутил, натуральную резину или латекс, акрилкаучук, фторкаучук и перфорированные эластомеры, а также их композиции/смеси. К другим пригодным для мембраны полимерам относятся хлорированный поливинилхлорид (ХПВХ), сополимеры акрилнитрила, например, с акрилатом винилхлорида или этилацетата, полиэтиленсукцинат (ПЭСУ), полиуретаны (ПУ), полиимиды (ПИ), полиэфиримиды (ПЭИ) и целлюлозы, например гидроксипропилцеллюлоза (ГПЦ), карбоксиметилцеллюлоза (КМЦ), трикарбанилатцеллюлоза (ТКЦ) и композиции/смеси из них, а также их привитые производные, в частности сульфонированные, акрилированные, аминированные и аналогичные перечисленным. Предусмотрена возможность того, что мембранный слой также содержит гидрофильные полимеры, такие как поливинлпирролидон (ПВП), ПВП с перекрестной связью, поливинилалкоголь (ПВА), поливинилацетат, метилцеллюлоза и оксид полиэтилена. Также предусмотрена возможность наличия в составе мембранного слоя гидрофильных неорганических материалов, например ТiO₂, HfO₂, Al₂O₃, ZrO₂, Zr₃(PO₄)fY₂O₃, SiO₂, материалов из оксидов перовскита и SiC.

Мембранная паста является жидким раствором полимера, содержащим мембранный полимер предпочтительно с вязкостью 1000-100000 при сдвиге 10 c^-1, с вязкостью в диапазоне 10000-50000 с^-1. Мембранная паста содержит мембранный полимер, гидрофильный наполнитель, апротонный растворитель, такой как N-метилпирролидон (МП), N-этилпирролидон (ЭП), N,N-деметилформамид (ДМФ), формамид, диметилсульфоксид (ДМСО), N,N-деметилацетамид (ДМАЦ), тетрагидрофуран (ТГФ), ацетон, триэтилфосфат, а также композиции и стабилизирующий агент, например глицерин. Предусмотрена также возможность включения повышающих гидрофильность и стабилизирующих агентов, таких как глицерин, после завершения процесса фазовой инверсии, но перед этапом осушения. Гидрофильный наполнитель влияет на гидрофильность мембраны и характеристики мембраны при ее засорении. Часто изменение композиции растворителя приводит к смене структуры пленки и, соответственно, рабочих характеристик мембраны. Пленки, сформированные погружением раствора полисульфона-N-метилпирролидона в воду, являются пористыми. Однако предусмотрена возможность получения разных мембранных структур при погружении в воду раствора полисульфона-N-метилпирролидона-тетрагидрофурана.

ИПК мембраны дополнительно содержат дренажную трубку, которая выполнена для извлечения фильтрата из проницаемого канала, как определено в патентных документах WO 2006/0154161 A1, ЕР 1992400 A1 и WO 2008/141935 A1.

Рамное устройство

Предложенный фильтрующий элемент дополнительно содержит рамное устройство, также названное в описании изобретения «рама», обеспечивающее поддержание ИПК мембраны и уплотняющее встроенный проницаемый канал у края мембраны. Рамное устройство содержит первый рамный профиль, указанный ссылочной позицией 1 на Фиг.1-7 или ссылочной позицией 5 на Фиг.8-16, и второй рамный профиль, указанный ссылочной позицией 2 на Фиг.1-7 или ссылочной позицией 6 на Фиг.8-16, каждый из которых имеет форму и размеры, обеспечивающие охват мембраны. В изобретении определены два типа рамных устройств, а именно первый тип рамного устройства, изображенный на Фиг.1-7, и второй тип рамного устройства, изображенный на Фиг.8-16.

Каждый из первого и второго рамных профилей имеет внутренние части, указанные ссылочными позициями 12 и 22 на Фиг.1-7 или ссылочными позициями 52 и 64 на Фиг.8-16, и наружные части, указанные ссылочными позициями 11 и 21 на Фиг.1-7 или ссылочными позициями 54 и 56 на Фиг.8-16. ИПК мембрана (4) вставлена между первым рамным профилем (1 или 5) и вторым рамным профилем (2 или 6) так, что внутренние части находятся в соприкосновении с поверхностью верхнего и нижнего мембранных слоев по периферии мембраны, при этом наружные части обоих рамных профилей находятся в соприкосновении друг с другом, а внутренние части образуют продольный канал (3 или 7), обеспечивающий установку мембраны. Указанный продольный канал (3 или 7) имеет первый и второй выступы (13, 23 или 53, 63), образованные внутренними частями первого и второго рамных профилей, как показано на Фиг.5, 13 или 1.

Ширина (32 или 71, 72) указанного продольного канала (3 или 7) является расстоянием между внутренними частями (12 и 22, или 52 и 62), образующимся при наложении профилей друг на друга описанным выше способом установки мембраны между первым и вторым рамными профилями.

Для первого типа рамного устройства ширина (32) имеет фиксированное значение, равное сумме обеих толщин (30 и 31) первого и второго рамных профилей и совпадающее с толщиной мембраны.

Ширина (71 или 72) для второго типа рамного устройства не имеет фиксированного значения, но предусмотрено ее изменение в большом диапазоне значений. Минимальная ширина не предусмотрена, только максимальная ширина зависит от толщины (70) наружной части первого рамного профиля мембраны, уменьшающейся на расстояние перекрытия поверхностей наружной части (64) второго рамного профиля и наружной части (54) первого рамного профиля, как показано на Фиг.13-16. Минимальное перекрытие поверхностей, как показано на Фиг.13, является необходимым для обеспечения возможности скрепления наружной части (64) второго рамного профиля и наружной части (54) первого рамного профиля способом, при котором обе части прикреплены достаточно прочно друг к другу так, что мембрана остается плотно закрепленной в продольном канале. Указанный широкий диапазон значений для продольного канала (71 или 72) рамного устройства второго типа предпочтителен, так как обеспечивает опору разным типам мембран с разными толщинами за счет использования лишь одного типа рамного устройства. Такое решение, в частности, значительно снижает себестоимость, поскольку необходимо производство только одного типа рамного устройства, пригодного для обеспечения опоры разным типам мембран с разными толщинами в большом диапазоне.

Мембрана (4) закреплена в продольном канале посредством прикрепления внутренних частей (12, 22 или 52, 62) к поверхности каждой стороны мембранных слоев и наружных частей (11, 21 или 54, 64) друг к другу посредством адгезива. Предусмотрен выбор адгезива из любого типа синтетической или природной смолы, термоплавкой смолы, такой как чувствительная к давлению термоплавкая смола, а кроме того, возможно использовать эпоксидную или полиуретановую смолы. Адгезив предпочтительно является композиционным адгезивом, содержащим по меньшей мере два разных компаунда, которые вступают в реакцию друг с другом, обеспечивая тем самым склеивание. Двухкомпонентная полиуретановая смола или двухкомпонентная эпоксидная смола являются наиболее предпочтительными, при этом компаунд, содержащий по меньшей мере две группы изоцианатов, или компаунд, содержащий по меньшей мере две эпоксидные группы, использован как один реактивный компаунд в композиции, которую добавляют для возникновения реакции с компаундом полиола или компаундом полиамина, то есть компаундом, имеющим по меньшей мере две гидроксильные или аминные группы. В варианте изобретения для прикрепления «влажных» мембран, то есть мембран, которые не подвергнуты осушению перед нанесением адгезива, предпочтительно добавление к адгезиву водопоглощающих агентов любого типа из природных или синтетических пористых материалов. Пористый материал предпочтительно является неорганическим силикатом, цеолитом или молекулярным ситом, предпочтительнее молекулярным ситом. Пористый материал предпочтительно имеет размер пор в диапазоне 0,2-0,8 нм, предпочтительнее 0,3-0,5 нм. Пористый материал предпочтительно имеет диаметр частиц менее 0,5 мм, предпочтительнее менее 100 µτη, еще предпочтительнее 0,5-30 µι. Для мембран во влажных состояниях предпочтительно к адгезиву добавлен водопоглощающий агент, например молекулярное сито в количестве 1%-50% по весу, предпочтительнее 5%-40% по весу. Добавление водопоглощающего агента к адгезиву предусмотрено не только для прикрепления внутренних частей рамы к мембранным поверхностям, но также для скрепления наружных частей.

Кромки внутренних частей первого и второго рамных профилей, входящие в контакт с поверхностями мембранных слоев, ближайшие к области мембраны, имеют криволинейную форму, как указано ссылочными позициями 82 и 92 на Фиг.17-18 или ссылочными позициями 102 и 112 на Фиг.19 и 20. Это означает, что кромки выступов (13, 23, 53, 63) канала первого и второго рамных профилей в местах, где поверхность мембраны оказывается в соприкосновении с обеими внутренними частями рамных профилей и ближе всего к фильтрующей части мембраны, имеют криволинейную форму. Следует учесть, что криволинейная форма указанных кромок показана на Фиг.17-20, но не на Фиг.1-16.

Степень скругления указанной криволинейной формы должна быть достаточной, чтобы избежать риска повреждений мембраны при ее опирании в рамном устройстве и/или при ее использовании в процессе фильтрации, в частности при введении очищающего газа снизу в погруженный фильтрующий модуль, а также при обеспечении высокой скорости потока газа крыльчатками или насосами с целью очистки мембран от отложений в зоне мембранной поверхности. Описание данного способа очистки приведено в патентном документе US 2008/827 A1. Этими повреждениями могут быть растрескивание или разрыв в мембранном слое, вызывающие протечку в мембране. Закругление кромки представимо в виде сектора окружности с радиусом R и углом. Указанное закругление при большом радиусе достаточно большое и не наносит повреждений мембранной поверхности. При небольшом радиусе значение данного угла не должно превышать значение угла при большем радиусе, как показано на Фиг.21 и 22. В предпочтительном варианте выполнения значение угла α лежит в диапазоне 3°-120°, предпочтительнее 5°-90°, а значение радиуса предпочтительно лежит в диапазоне 0,5-50 мм, предпочтительнее 1-30 мм, еще предпочтительнее 1,5-20 мм.

Форма и размеры первого и второго рамных профилей при наложении их друг на друга вышеописанным способом совпадают с формой и размерами мембраны так, что первый и второй рамные профили обеспечивают охват мембраны.

Предусмотрено, что рамные профили, обеспечивающие охват мембраны, имеют прямоугольную, квадратную, ромбовидную, треугольную, круговую или полукруговую форму, предпочтительно прямоугольную форму.

В предпочтительном варианте выполнения оба рамных профиля рамного устройства первого типа имеют одинаковую конфигурацию. Такое решение предпочтительно, поскольку требует изготовления лишь одного типа рамного профиля, и этот рамный профиль предусмотрен для использования в качестве как первого, так и второго рамных профилей, что значительно снижает затраты на изготовление рамных профилей. В указанном способе обеспечения опоры мембране и уплотнения ИПК по краям мембраны первый и второй рамные профили являются отражением друг друга и наложены друг на друга с обеспечением закрепления мембраны выступами в продольном канале.

В другом варианте осуществления изобретения предусмотрена в