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Membranfiltration

 
Die Membranfiltration ist ein physikalisches Trennverfahren, bei der Wasser bedingt durch eine Druckdifferenz eine Semi-Permeable Membran durchströmt und so von gelösten Substanzen gereinigt wird.

Für poröse Membranen gilt hierbei der folgende Zusammenhang:

Rückhalt einer Substanz, wenn: Substanzgröße > Porendurchmesser

 

Filtrationsprozess

Der Prozess basiert hierbei im Wesentlichen auf der Filtration des Wassers durch eine Membran bestimmter Porengröße. Dies ermöglicht konstante Filtrationswerte auch bei wechselnden Zulauf (Feed) Bedingungen. Diffusions- und elektrostatische Abstoßungskräfte gerade bei kleinen Porendurchmessern, tragen jedoch ebenfalls zum Filtrationsergebnis bei. Hierbei ist es dem Wasser möglich, die Membran zu durchqueren, Substanzen werden jedoch in Abhängigkeit ihrer Größe und Beschaffenheit zurück gehalten. Der in der Wissenschaft häufig benannte Effekt der Konzentrations-Polarisation muss auch bei der Wasseraufbereitung mithilfe von Membranen beachtet werden.

Schaubild Filtrationsprozess:

Filtrationsprozess in der Membranenfiltration

Effekt der Konzentrations-Polarisation

Durch die Akkumulation von Substanzen bildet sich an der Oberfläche der Membran eine laminare Grenzschicht, wodurch die Partikelkonzentration an dieser Stelle deutlich höher ist, als im turbulenten Teil der Zuströmung. Wie im Schaubild dargestellt, steigt demnach die Konzentration der Partikel Cp der Grenzschicht von Cp,0 des turbulenten Teil der Zuströmung bis zu einem maximalen Wert Cp,max an der Membranoberfläche. Hierdurch entsteht mit der Zeit ein immer größer werdender Widerstand gegenüber dem Durchlass weiterer Partikel. Eine Druckerhöhung auf der Zulaufseite erhöht hierbei die Wasserpassage durch die Membran (Ausbeute) jedoch begünstigt und beschleunigt dies ebenfalls die weitere Bildung einer Grenzschicht und den damit verbundenen Widerstand.

Um diesem Effekt entgegenwirken zu können, bietet die Chriwa Wasseraufbereitungstechnik GmbH zu jeder Membranfiltration ein passendes Reinigungs- und Antiskalingsystem an.

Schaubild Konzentrations-Polarisation:

Die Chriwa Membranverfahren im Vergleich

In Abhängigkeit der Porengrößen bzw. dem Rückhalt gegenüber bestimmten Substanzen wird  zwischen der Mikro-, Ultra- und Nanofiltration, sowie der Umkehrosmose unterschieden. Welches Verfahren speziell für Ihren Prozess benötigt wird, kann in einem Beratungsgespräch sowie durch die Analyse der Rohwasser-Parameter schnell von uns für Sie ermittelt werden.

Übersicht Membranverfahren:

Mikrofiltration

Die Mikrofiltration findet meist Anwendung in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie. Weitere Einsatzmöglichkeiten sind die Aufbereitung von Abwasser, sowie die Verwendung als Reinigungsstufe vor einer Umkehrosmose-Anlage.

Unter anderem können folgende Substanzen aus dem Wasser entfernt werden:

  • Zooplankton
  • Algen
  • Bakterien
  • Suspendierte Partikel

Der Filtrationsprozess basiert hierbei im Wesentlichen auf der Durchlässigkeit einer Porösen Membran. Größere Partikel bilden einen Filterkuchen an der Oberfläche (Oberflächenfiltration), während kleinere Partikel in die Poren der Membran eindringen und dort durch Adsorption oder elektrostatischen Anziehungskräften zurück gehalten werden (Tiefenfiltration).

Durch den Einsatz einer Chriwa-Mikrofiltrationsanlage, wird das Wasser nicht demineralisiert. Dies bedeutet, dass Salze im Wasser verbleiben und nicht durch die Membran zurück gehalten werden.

Ultrafiltration

Die Ultrafiltration findet meist Anwendung in der Trinkwasseraufbereitung, sowie der Getränkeindustrie.

Unter anderem können folgende Substanzen aus dem Wasser entfernt werden:

  • Substanzen welche durch die Mikrofiltration aus dem Wasser entfernt werden können
  • Makromoleküle
  • Viren
  • Kolloidal gelöste Feststoffe

Der Filtrationsprozess basiert hierbei im Wesentlichen auf der Durchlässigkeit einer Porösen Membran. Größere Partikel bilden einen Filterkuchen an der Oberfläche (Oberflächenfiltration), während kleinere Partikel in die Poren der Membran eindringen und dort durch Adsorption oder elektrostatischen Anziehungskräften zurück gehalten werden (Tiefenfiltration). Hierbei können beste Filtrationsergebnisse mit minimalem Druckverlust erreicht werden, wodurch auch der Gesamtdruck im System gering gehalten werden kann.

Durch den Einsatz einer Chriwa-Ultrafiltrationsanlage, wird das Wasser nicht demineralisiert. Dies bedeutet, dass Salze im Wasser verbleiben und nicht durch die Membran zurück gehalten werden.

Nanofiltration

Die Nanofiltration findet meist Anwendung in der Chemischen-, Pharma-, Lebensmittel- oder Textilindustrie. Ein weiteres Einsatzgebiet ist zudem die Aufbereitung von Abwasser.

Unter anderem können folgende Substanzen aus dem Wasser entfernt werden:

  • Substanzen welche durch die Mikrofiltration und Ultrafiltration aus dem Wasser entfernt werden können
  • Organische Stoffe
  • Mehrfach-geladene größere Ionen (Bikarbonat Reduzierung etc.)

Der Filtrationsprozess basiert hierbei im Wesentlichen auf elektrostatischen Anziehungskräften, sowie der Diffusion der Teilchen durch die nicht poröse Membran.

Umkehrosmose

Die Umkehrosmose findet meist Anwendung in der Herstellung von salzarmen Produktwasser und Kesselwasseraufbereitung, der Brack- und Meerwasseraufbereitung, sowie in der Wasseraufbereitung für die Getränkeindustrie.

Unter anderem können folgende Substanzen aus dem Wasser entfernt werden:

  •  Substanzen welche durch die Mikro-, Ultra- und Nanofiltration aus dem Wasser entfernt werden können
  • Mehrfach-geladene Ionen
  • Einfach-geladene Ionen

Der Filtrationsprozess basiert hierbei im Wesentlichen auf der Diffusion der Teilchen durch die nicht poröse Membran. Eine Remineralisierung ist mit speziell gewählten Salzen, oder durch eine Rohwasser-Verschneidung möglich.