Lexikon der Aquakulturtechnik

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Membranverfahren

Membranverfahren sind rein physikalische Verfahren zur Stofftrennung, bei denen das zu behandelnde Medium bzw. Prozesswasser in ein Permeat und ein Konzentrat aufgeteilt wird. Triebkraft ist eine Druckdifferenz über die Membran. Die Membranverfahren unterscheiden sich u. a. in der Höhe der Druckdifferenz. Im Gegensatz zu den herkömmlichen Filter erlauben Membranverfahren eine Trennung bis in den molekularen Bereich.

Es können die Poren-Membran und die Lösungs-Diffusions-Membranen unterschieden werden. Grundsätzlich können beide Permeationsprozesse in realen Membranen nebeneinander vorkommen. Die porösen Membranen werden bei der Mikro- und Ultrafiltration eingesetzt. Sie funktionieren nach dem Prinzip des Siebes. Dabei ist die Porengrösse, -zahl, -form sowie Oberflächenphänomene massgebend für die Trenncharakteristik der Membran. Bei Nanofiltration und Umkehrosmose handelt es sich nicht mehr um einen Trennprozess durch Siebung, sondern um ein selektives Lösen und Diffundieren der zu trennenden Stoffe in der Trennschicht (Matrix) der Membran. Der Stofftransport erfolgt nach den Gesetzen der ® Diffusion.

Die Membranverfahren können nach folgenden Einsatzgebieten abgegrenzt werden:

·     Mikrofiltration (MF): Abtrennung der partikulären Stoffe inklusive Bakterien, Algen und Zooplankton. Weitgehende aber nicht komplette Abtrennung von Viren (Keimreduktion). Abtrennung von Partikel ³ 0,2 mm. (Druckdifferenz p = 0,5...5 bar)

Ultrafiltration (UF): Komplette Abtrennung von Partikel 0,1...0,01mm, inklusive Bakterien, Viren, Makromoleküle (z. B. Proteine, Öle, Stärke) und Kolloide. Wird oft auch als Vorbehandlung für UO eingesetzt. (Druckdifferenz 1...10 bar)

Nanofiltration (NF): Rückhaltung von organischen Verbindungen (Molgewicht 200...300 g/mol) und zweiwertigen Ionen (0,01...0,001 mm). Wasserenthärtung, Abtrennung von Makromolekülen, Pestizide, Lacke, Farben. Abtrennung mehrwertiger anorganischer Ionen.

Umkehrosmose (UO): Rückhaltung von einwertigen Ionen (< 0,001 mm), Wasserentsalzung (Vollentsalzung), Abtrennung gelöster Stoffe. Reinstwassergewinnung (Druckdifferenz 10...100 bar)

Die Membranen bestehen im Bereich der Wasserbehandlung überwiegend aus synthetische Polymermembranen. Für spezielle Anwendungsgebiete (hohe Temperaturen, aggressive Medien) kommen auch keramische Membranen zum Einsatz.

In der Wasser- und Abwasserreinigung werden die Membranverfahren in verschieden Bereichen eingesetzt:

• Membranverfahren zur Biomassenabtrennung

• Membranverfahren zur Aufbereitung von schwachen belasteten Abwässern. Wiederverwendung des Permeat.

• Membranverfahren zur Wiederverwendung eines Wertstoffes oder Gewinnung eines Sekundärrohstoffes. (z. B. Gewinnung von Protein aus Stärkeabwässern). Wiederverwendung des Konzentrates.

Weitere Informationen:

® Grundlagen der Membrantechnik