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Membrantechnik

Partikel aus dem Prozesswasser herausholen


Bei der Membrantechnik strömt Prozess- oder Abwasser unter Druck über speziell entwickelte technische Membranen aus Keramik oder Kunststoff, die ähnlich wie Filter funktionieren. Auf der Membran erfolgt die Trennung von Inhaltsstoffen und Flüssigkeit.

Das Verfahren kann insbesondere Schwebstoffe aus dem Wasser filtern. Die Struktur der Membran wird exakt auf den Einsatzzweck hin gewählt.

Wie Membranfiltration funktioniert


Membranverfahren sind neben Verfahren wie der Destillation oder Absorption Trennverfahren, mit denen partikuläre Stoffe und langkettige organische Moleküle vom Wasser getrennt werden können. Je nach den physikalischen und chemischen Eigenschaften der Membran kann Wasser die Membran passieren und andere Stoffe werden zurückgehalten.

Das Prozesswasser wird mit einer Kreislaufpumpe vom Prozesswassertank aus wiederholt in das Membranmodul gefördert und überströmt die Oberfläche der Ultrafiltrationsmembran. Die speziell für die jeweilige Filtrationsaufgabe ausgewählte keramische Rohrmembran lässt das Wasser durch, hält jedoch Makromoleküle und Partikel zurück. Das Prozesswasser tritt unter Druck senkrecht zur Überströmungsrichtung durch die Membran und fließt gereinigt in den Filtratbehälter.

Im Hinblick auf die Porengröße werden verschiedene Grade der Filtration unterschieden

  • Mikrofiltration: > 0,1 µm
  • Ultrafiltration: < 0,1 µm
  • Nanonfiltration: < 2 nm
  • Umkehrosmose

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Membranfiltration – die Verfahren


Mikrofiltration

Die Filterung funktioniert hier, ebenso wie bei der Ultrafiltration und Nanofiltration, nach den Cross-Flow Prinzip: Das zu filternde Wasser wird mit Überdruck durch den Filter getrieben. Der Filter kann je nach Anwendungsfall aus Edelstahl, Kunststoff oder textilem Gewebe bestehen.

Damit sich der Filter nicht zusetzt, muss auf der Zustromseite ein Kreislauf eingerichtet werden, über den laufend mehr Wasser auf den Filter gelangt als durch ihn hindurchgehen soll. Wichtig ist auch, das Wasser auf der Zustromseite zu verwirbeln, damit sich kein Kuchen bildet, der den Filter verstopft.

Ultrafiltration

Die Ultrafiltration erreicht einen Feinheitsgrad, über den sogar Bakterien und Viren aus dem Wasser entfernt werden können. Anders als bei einem Desinfektionsverfahren wird der organische Bestandteil dieser Größe komplett aus dem Wasser entfernt. Damit ist eine kalte Sterilisation möglich, welche z. B. in der Pharmazie manchmal gefordert ist.

Wegen des wesentlichen höheren Wasserdrucks kommen hier keramische Filter zum Einsatz, die den hohen Belastungen dauerhaft standhalten.

Das Verfahren findet Anwendung bei der Trink- und Abwasseraufbereitung, bei der Reinigung von Wasch- oder Prozesswasser, z. B. zur Entfernung von Tensiden, in der Lebensmittelindustrie zur Abtrennung von Proteinen.

Nanofiltration

Die Nanofiltration erfasst auch kleinste Moleküle und mehrwertige Ionen. Je nach Dimensionierung der Membran können damit exakt definierte Moleküle herausgefiltert werden. Die Nanofiltration wird in der Regel zusammen mit der Umkehrosmose eingesetzt.

Anwendungsfälle für die Nanofiltration sind die Reinigung von Säuren über die selektive Abtrennung von Metallen, Entsalzung, Entfärbung, Aufkonzentrierung von Prozesslösungen, Abtrennung von CSB.

Umkehrosmose

Die Umkehrosmose funktioniert nach einem anderen Prinzip. Sie macht sich das physikalisches Gesetz zunutze, nach dem sich Moleküle in einer Flüssigkeit gleichmäßig verteilen.

Man trennt Rohwasser und reines Wasser durch eine semipermeable (=teildurchlässige) Membran. Aufgrund der Physik würde das reine Wasser  zum Rohwasser wandern. Salzwasser zieht zum Beispiel Süßwasser an. Erhöht man nun den Druck auf der Rohwasserseite, wird der Prozess umgekehrt: Es sammelt sich mehr reines Wasser auf der Reinwasserseite.

Das Verfahren wird häufig für die Meerwasserentsalzung eingesetzt, es eignet sich außerdem um viele andere unerwünschte Stoffe aus dem Wasser zu filtern, z. B. Nitrat, Nitrit, Medikamentenrückstände, Viren, Bakterien, Fungizide, Herbizide, Asbest, Hormone, Keime, Kalk oder Uran. Alle Stoffe die Ihrer Gesundheit schaden werden so beseitigt.

Vorteile der Membran Filtration


  • Gezielt im Hinblick auf bestimmte Stoffe einsetzbar
  • Komplette Entfernung unerwünschter Bestandteile
  • Dauerhaft einsetzbar
  • Sehr schonend

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