Wissenswertes über die Membran-Filtration:

1. Die Membran-Filtration allgemein
2. Membranaufbau
3. Systemaufbau
4. Filtrationsstufen

„Cross-Flow“-Membranfiltration

Selektive Aufbereitung wäßriger Medien

 Filtrationsverfahren sind Separationstechniken die auf mech.-physik. Wirkmechanismen aufbauen. Zwischen den klassischen Techniken und der „cross-flow“- oder Querstromfiltration gibt es wesentliche Unterschiede, die kurz aufgezeigt werden.

 „cross-flow“-Filtration

 Bei der klassischen Filtration wirkt das Medium senkrecht auf die Filterfläche. Das abfiltrierte Gut baut auf der Filterfläche einen Kuchen auf bzw. sammelt sich im Filtermaterial (Vlies). Bei sehr feinen Membranfiltrationen, Porengröße kleiner 5 µm, führt der Kuchenaufbau schnell zum Verblocken des Filters.

 Um dies zu verhindern, führt man bei „cross-flow“-Filtrationen das Medium mit einer stärkeren Strömung über die Filteroberfläche (Membran). Die turbulente Strömung wirbelt, im Idealfall, jede Ablagerung auf und trägt sie fort. Die Filteroberfläche bleibt frei.

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Membranaufbau:

Die Membranen, die flach, gewickelt oder in rohrförmig sein können, werden in Modulen, anschlußfertige Elemente, integriert. Einige Effekte im Zusammenspiel zwischen der Membran und dem vorbeiströmenden Medium spielen bei der Separation eine Rolle. Es wirken einige Effekte zusammen, die zur Optimierung des Systems, z. B. durch Membranmaterialwahl, verändert werden können: 

            n Siebeffekt

            n Polarität der Membran (hydrophil, lipophil), Dotierung

            n Chemischer Aufbau der Membran

            n Chemische Eigenschaften des Mediums (z. B. pH-Wert)

            n transmembrane Druckdifferenz

            n Überströmungsgeschwindigkeit

            n Deckschichten auf der Membran

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Systemaufbau:

Alle „cross-flow“-Filtrationen haben einen grundlegenden, gemeinsamen Aufbau: Eine Pumpe, die aus dem Arbeitsbehälter ansaugt, sorgt für die notwendige Anströmung (Menge und Druck) des Moduls. Bei Brauchwasseraufbereitungen oder Meerwasserentsalzungen, wo es auf Konzentratmengen nicht ankommt, wird mit ca. 60 bis 80 %iger Ausbeute das Medium einmal durch ein Modulsystem geleitet.

 Bei der Zielsetzung: Verringerung der Entsorgungsmenge oder bei Badpflegemaßnahmen gelangt das Retentat, mit den aufkonzentrierten Substanzen, zurück in den Arbeitsbehälter. Das Filtrat bzw. Permeat läuft ab. Das Medium kann nur soweit aufkonzentriert werden, wie es sich pumpen läßt. Man wird somit immer ein Konzentrat erhalten, wenn wässrige Systeme aufgearbeitet werden, in dem ein mehr oder minder hoher Anteil an Wasser enthalten ist.

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Filtrationsstufen 

Es haben sich vier Verfahrensbezeichnungen für Membranfiltrationen durchgesetzt, in denen Porenweitenintervalle zusammengefasst werden. Ein Dalton ist eine molekularen Gewichtsbeschreibung, wobei 1 Dalton dem Gewicht von einem Wasserstoffatom entspricht. 

     Trenngrenzenvergleich der "cross-flow"-Filtationen

 Mikrofiltration 

Die Mikrofiltration wird zur Abtrennung von feinen Partikeln, zur Abtrennung von komplexen organischen Systemen und in technischen Anwendungen, z. B. zur Badpflege von Entfettungsbädern eingesetzt. Mikrofiltrationen sind bei der Reduktion von Entsorgungsmengen ölhaltiger Wassersysteme nicht geeignet, da sie den Grenzwert des Restölgehalts im Filtrat bei höheren Aufkonzentrationen nicht halten können.

 Ultrafiltration 

Ultrafiltrationen werden eingesetzt, um Makromoleküle in der Biotechnologie und Lebensmittelverarbeitung zu separieren. In technischen Anwendungen wird die Ultrafiltration zur Abtrennung aller nicht echt gelösten Bestandteile (Öl, Partikel, Schlämme, Mikroorganismen) eingesetzt. So ist sie ideal zur Aufarbeitung von Kompressorkondensaten, verbrauchten Fertigungsemulsionen und Waschwässern, wobei eine zweite Filtrationsstufe (Umkehrosmose) zur eventuellen weiteren Konditionierung der tensid- und schwermetallhaltigen Abwässer zu empfehlen ist.

 Nanofiltration und Umkehrosmose

Mit diesen Membranfiltrationen können auch echt gelöste Anteile an organischen und anorganischen Substanzen dem Wasser entzogen werden. Es können die Ultrafiltrate aus der Kühlschmierstoffaufbereitung zur Indirekteinleitung und aus der Waschwasseraufbereitung zur Wiederverwendung aufbereitet werden. Man kann mit diesen Filtrationen den CSB-Wert, den Schwermetallgehalt und die Farbigkeit von wässrigen Medien reduzieren. Durch den Einsatz von geeigneten Membranen lassen sich wertvolle Inhaltsstoffe (Tenside, Glykole, Anorganika) soweit aufkonzentrieren, daß sie im Produktionsbetrieb wieder einsetzbar werden.

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