Cross-Flow"-Membranfiltration

Selektive Aufbereitung wässriger Medien

	Ultrafiltrations-Testanlage für Versuche beim Kunden

Filtrationsverfahren sind Separationstechniken die auf mechanische und physikalische 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. Einige Parameter 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:

• Siebeffekt
• Polarität der Membran (hydrophil, lipophil), Dotierung
• Chemischer Aufbau der Membran
• Chemische Eigenschaften des Mediums (z. B. pH-Wert)
• transmembrane Druckdifferenz
• Überströmungsgeschwindigkeit
• Deckschichten auf der Membran

Die Membranen können flach, gewickelt oder rohrförmig sein und sind in einbaufertige Module integriert.

Alle cross-flow-Filtrationen haben einen grundlegenden, gemeinsamen Aufbau: Eine Pumpe, die aus dem Arbeitsbehälter ansaugt, sorgt für die notwendige Anströmung (Menge und Druck) der 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 einer 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 pumpbar ist. Bei der Aufarbeitung wässriger Systeme wird man somit immer ein Konzentrat mit mehr oder minder hohem Wasseranteil erhalten.

Anwendungen

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.

Verfahrens- bezeichnung		ungefähre Trenngrenzen
Mikrofiltration		5 bis 0,1 µm
Ultrafiltration		0,1 bis 0,03 µm	300.000 bis 5.000 Dalton
Nanofiltration			5.000 bis 300 Dalton
Umkehrosmose			300 bis 20 Dalton

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 z.B. 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.

Verfahren

Mikrofiltration
Ultrafiltration
Nanofiltration
Umkehrosmose

Aufbereitung von:

• wassermischbaren Kühlschmierstoffen
• Waschwässern aus der Hochdruckreinigung
• Entfettungsbädern
• Phosphatierbädern
• Ziehemulsionen
• Kompressorenkondensaten
• glykolhaltigen Abwässern
• Lackierabwässern u.v.a.m.