Membranprozesse
Unter Membranprozessen in der Wasseraufbereitung versteht man Verfahren, bei denen mit Hilfe von Membranen Substanzen aus wässrigen Lösungen abgetrennt werden. Zur Entfernung ungelöster Substanzen wie Partikeln oder Mikroorganismen werden vor allem die Mikrofiltration (MF) und die Ultrafiltration (UF) eingesetzt. Für die Abtrennung gelöster Substanzen wie beispielsweise Salze kommen dagegen die Nanofiltration (NF) und die Umkehrosmose (RO) zum Einsatz.
Unterschiede und Aufbau der Membranen
Mikro- und Ultrafiltrationsmembranen wirken als rein mechanische „Feinsiebe“. Sie bestehen entweder aus Keramik oder aus porösen, künstlich hergestellten Folien (Membranen) mit exakt definierten Porendurchmessern. Die eigentliche Trennschicht wird dabei auf ein Trägermaterial aufgebracht, das je nach Ausführung aus Polymeren oder Keramik besteht.
Bei Nanofiltration und Umkehrosmose kommen dichte, diffusionsoffene (semipermeable) Membranen zum Einsatz. Der Trennvorgang erfolgt hierbei durch Diffusion der Stoffe durch die Membran. Die Triebkraft ist in allen Fällen der anliegende Differenzdruck. Während bei der Mikro- und Ultrafiltration Differenzdrücke von bis zu 2 bar ausreichen, benötigt die Niederdruck-Nanofiltration bis zu 8 bar. Die Umkehrosmose erfordert hingegen Differenzdrücke von bis zu 60 bar.
Aufbau poröser Membranen
Die eigentliche wirksame Membranschicht ist hauchdünn und befindet sich auf der dem Rohwasser (Feed) zugewandten Seite. Den mit Abstand größten Anteil der Membran macht der Trägerwerkstoff aus, der für den mechanischen Aufbau und die notwendige Festigkeit sorgt. Für die Funktion ist entscheidend, dass die Poren in Richtung Reinwasserseite größer werden – andernfalls besteht die Gefahr einer dauerhaften Verblockung.
Das nach der Membran gewonnene Reinwasser wird als Filtrat oder Permeat bezeichnet, während die zurückgehaltenen Substanzen als Konzentrat oder Retentat bezeichnet werden.
Werkstoffe und Typen von Membranen
Moderne Membranen bestehen entweder aus Polymeren (z.B. Polyethersulfon, PVDF) oder keramischen Werkstoffen (z. B. Aluminiumoxid, Siliziumcarbid).
Keramikmembranen sind herstellungsbedingt teurer als Polymermembranen, punkten jedoch durch eine überlegene chemische Beständigkeit sowie eine signifikant höhere Permeabilität.
Die Membranen werden entweder als Kapillaren (Hohlfasermembranen) oder flächig als Flachmembranen gefertigt. Zur technischen Anwendung werden die Membranen zu Einheiten zusammengefasst.
Je nach Bauart unterscheidet man zwischen Rohr-, Spiral-, Platten- oder Kissenmodulen. Die hermetische Trennung zwischen Rohwasser- (Feed) und Reinwasserseite (Permeat) erfolgt durch spezialisierte Vergussmassen, häufig auf Basis von Polyurethanharzen.
Je nach geforderter Leistung besteht eine Membrananlage in der Regel aus einer Vielzahl identischer Module, welche in Parallelschaltung gleichzeitig betrieben werden.
Betriebsweise
Membrananlagen werden entweder im Crossflow-Verfahren (Querstromfiltration) oder im Dead-End-Verfahren (Sackgassenfiltration) betrieben.
Crossflow-Betrieb
Hierbei wird die Membranoberfläche kontinuierlich überströmt. Diese Tangentialströmung minimiert die Bildung von Deckschichten (Fouling) und sorgt für stabile Filtrationsbedingungen. Dies ermöglicht einen höheren Flux (Filterleistung), ist jedoch aufgrund der notwendigen Umwälzpumpe mit einem höheren Energieaufwand verbunden.
Dead-End-Betrieb
Diese Betriebsweise ähnelt der konventionellen Filtration, bei der das gesamte Rohwasser senkrecht durch das Filtermedium gepresst wird. Da keine kontinuierliche Überströmung stattfindet, ist das Verfahren energetisch effizienter und stellt in vielen Anwendungsfällen die kostengünstigere Variante dar.
Planung und Auslegung: Die Effizienz einer Membranlage hängt entscheidend von einer sorgfältigen Systemplanung und einer passgenauen Voraufbereitung ab. Die Auswahl der Modultypen sowie die Festlegung der Betriebsweise müssen zwingend auf die spezifische Rohwasserbeschaffenheit und das angestrebte Reinigungsziel abgestimmt werden.
Wir planen und errichten Anlagen für alle Membranprozesse. Dabei greifen wir auf modernste Erkenntnisse zurück und sehen große Chancen bei der Applikation von Kombinationsverfahren, wie z.B. bei der ozonunterstützten Membranfiltration oder der chemiefreien Regeneration mit Ozon.
Schicken Sie uns Ihre Anforderungen – gerne werden wir auch für Sie tätig.
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Angelestraße 48/50
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