Reinigungstipps für Membranfilter

Eine Membranreinigung dient dazu, die während der Filtration entstandene Schmutzfracht aus der Anlage zu entfernen und die Filtrationsleistung der Membran wiederherzustellen. Sie wird im Allgemeinen als CIP-Reinigung durchgeführt. Häufigkeit und Dauer der Reinigung hängt von den Prozess- und Produkteigenschaften ab. Außerdem spielen die Membraneigenschaften eine entscheidende Rolle bei der Wahl der Reinigungsmittel. Wichtige Einflussfaktoren für den Reinigungseffekt sind:

Neben unterschiedlichen Bauformen (Plattenmembran, Rohrmembran, Hohlfaser sowie Spiralmembran) stehen je nach Filtrationsanwendung auch unterschiedliche Membranmaterialien zur Verfügung (Cellulose-Acetat, Polysulfon, Polyethersulfon, PVDF, Polyamid, etc.). Abhängig von der Art der Verschmutzung sowie dem Verschmutzungsgrad kommen verschiedene Arten von Reinigungen zum Einsatz, die bei Bedarf auch nacheinander kombiniert werden können. Die sich daraus ergebenden Kombinationsmöglichkeiten sind vielfältig. Membran- bzw. Anlagenhersteller verfügen aber über einen entsprechenden Erfahrungsschatz und können sowohl Standard- als auch speziell abgestimmte Reinigungspläne erarbeiten. Es gibt eine Reihe von Membranreinigern im Handel. Dazu gehört auch Kochkleen von Koch Membrane Systems. Vor dem Gebrauch der Membranreiniger sollte jedoch der Membranhersteller konsultiert werden, um die entsprechende Verträglichkeit zu überprüfen.

Vor Durchführung einer Reinigung muss die Membrananlage gründlich mit Wasser gespült werden, um Produktreste zu entfernen. Im Allgemeinen kann durch die optimal abgestimmte Anlagenspülung bis zu 90 % der Schmutzfracht entfernt werden und die Zeit der Gesamtreinigung wesentlich verkürzt werden. Alle Reinigungen werden nach dem gleichen Prinzip durchgeführt, d .h. die Reinigungsflüssigkeit wird in einem CIP-Tank angesetzt und dann unter den für die jeweiligen Membranen gültigen Prozessparametern (Druck, Überströmung) bei einer Temperatur von 40 bis 50 °C umgewälzt. Dabei ist zu beachten, dass sowohl der Retentat- als auch der Permeatstrom in den CIP-Tank zurückgeleitet werden. Spezielle Hochtemperaturmembranen erlauben eine Reinigung bis zu 85 °C.

Die Auswahl der Membranen für einen bestimmten Prozess sollte nicht nur die Produkt- und Prozessparameter im Auge behalten, sondern auch die Reinigung einer Anlage und der Membran. Hierzu zählen das Membranmaterial und die Membran- und Modulbeständigkeit.

Üblicherweise setzt man zur Membranreinigung alkalische Reinigungsmittel, Säuren, Chlor- oder Enzymreiniger, Antiscalants und Tenside ein. Die alkalische Reinigung ist eine mechanische Oberflächenreinigung und bewirkt die Abtragung der Schmutzfracht, die sich während der Filtration auf der Membranoberfläche abgesetzt hat. Die alkalische Reinigung wird in der Regel allen anderen Reinigungsarten vorgeschaltet und/oder mit anderen Reinigungsschritten kombiniert.

Durch die oxidative Reinigung werden nahezu alle organischen Verbindungen, die die Membranoberfläche und -poren verblockt haben, zersetzt. Es handelt sich hier um eine Tiefenreinigung. Das wirksamste Oxidationsmittel gegen alle organischen Verschmutzungen ist Chlor. Die Wirkung von Chlor hängt jedoch vom verfügbaren aktiven Chlor in der Reinigungslösung ab. Vor der Verwendung von Chlorreinigern muss deren Verträglichkeit für die Filtrationsmembranen geprüft werden. Hierzu stehen die Datenblätter für die Membranen zur Verfügung.

Reinigungsmittel mit Chlorverbindungen eignen sich nicht für alle Membranen. Bei unsachgemäßer Anwendung können die Membranen irreversibel zerstört werden. Eine Chlorreinigung stellt jedoch bei den Grundstoffkosten die günstigste Reinigungsvariante dar. Eine oxidative Reinigung (Chlorreinigung) ist nicht für NF- und RO-Membranen geeignet, da die aktive Membranschicht aus PA zerstört wird.

Säuren besitzen die Eigenschaft, Ablagerungen anorganischer Verbindungen von Härtebildnern aus dem Wasser wie Calcium und Magnesium zu lösen. Mit der sauren Reinigung wird somit dem Scaling entgegen gewirkt. Dennoch werden, je nach Art der Verbindung, nicht alle Salze gelöst. Hierzu zählen vor allem Silikate. Es ist daher wichtig, das Scaling durch eine gezielte Produktvorbehandlung zu minimieren oder gar die Entstehung zu vermeiden. Silikate können die Membran irreversibel zerstören. Auf silikonhaltiges Antischaummittel sollte man daher verzichten.

Zur Reinigung von Membranen, die kein Chlor vertragen, verwendet man üblicherweise Enzymreiniger. Der Reinigungseffekt wird hierbei durch biochemische Prozesse erzielt. Enzymreiniger sind meistens konfektionierte Produkte und können mehre Enzymkomplexe enthalten. Hierzu zählen vor allem Proteasen.

Antiscalants sind Komplexbildner und werden meist für die Umkehrosmose von Wasser eingesetzt. Komplexbildner verändern das Verhalten von Metallionen, z. B. die Reaktions- und Lösungseigenschaften. Antiscalants entfernen die sich während der Filtration auf der Membranoberfläche abgesetzte anorganische Deckschicht (Scaling).

Tensidreiniger entfernen fett- und ölhaltige Verschmutzungen. Tenside besitzen die Fähigkeit, die Oberflächenspannung einer Flüssigkeit oder die Grenzflächenspannung zwischen zwei Phasen herabzusetzen. Dies ermöglicht die Bildung von Dispersionen und führt zu einer besseren Oberflächenbenetzung.

Wenn mikrobiologisch anfällige Produkte verarbeitet werden und die herkömmlichen Reinigungsverfahren nicht ausreichen, sind die Membranen zu desinfizieren. Die Wahl der Desinfektionsmittel richtet sich nach der Anwendung und den zu erwartenden Keimen. Außerdem spielt die Membran selbst eine wichtige Rolle.

Bei langen Betriebsstillstandzeiten oder bei Lagerung der Module ist die Konservierung der Membranen sinnvoll. Konservierungsmittel schützen die Membranen gegen Austrocknung. Austrocknung kann die Membran irreversibel zerstören.

Nach jeder Reinigung sollte der Wasserfluxwert ermittelt werden. Der Wasserflux ist ein Indikator für den Reinigungserfolg. Zu beachten ist dabei, dass der Wasserflux durch den Gebrauch einer Membran im Vergleich zu einer neuen Membran um bis 20 % reduziert werden kann. Weitere Indikatoren für den Reinigungserfolg sind die Zehrung von Oxidationsmittel sowie der Produktflusstrend über die Zeit. Letzterer sollte konstant sein.

Bei der Wasserfluxmessung wird die Wassermenge erfasst, die die Membran unter einem definierten Zeit-Druck-Temperatur-Verhältnis passieren kann. Der Wasserflux entspricht der Wassermenge in Liter, die in einer Stunde die Membranoberfläche von 1 m2 unter einem vordefinierten Druck durchdringt: l/m2/h/bar. Es wird unterschieden zwischen unkorrigiertem und korrigiertem Wert. Der unkorrigierte Wert für den Wasserflux errechnet sich aus der Division der Permeatmenge (V) durch die Membranfläche (A). Der korrigierte Wert für den Wasserflux bezieht sich auf 25 °C und lässt sich mithilfe der folgenden Formel errechnen:

Wasserfluxunkor. x 7,1 x Z / Pein + Paus

Die Temperatur während des Wasserfluxtests bestimmt den Faktor Z. Der Membranhersteller oder Reinigungslieferant stellt hierzu eine entsprechende Tabelle zur Verfügung.

Eine ungenügend gereinigte Membran bedeutet immer eine Verringerung der anlagenspezifischen Filtrationskapazität und somit, bezogen auf den Membranlebenszyklus, ein Nichterreichen der Gesamtfiltrationsleistung oder eine reduzierte Anlagenverfügbarkeit. Zudem steigen durch die erhöhten Pumpenleistungen die Energiekosten während der Filtration. Zur betriebswirtschaftlichen Bewertung der Membranreinigung müssen neben den direkten Reinigungskosten auch die späteren Energiekosten mitberücksichtigt werden. Die sorgfältige Membrananlagenreinigung trägt somit wesentlich zum wirtschaftlichen Erfolg eines Membranprozesses bei.

Online-Info www.cav.de/1110448