Membrantechnik auf dem Vormarsch

Walter Lamparter

Insbesondere in der chemischen und pharmazeutischen Industrie, aber auch im Bereich der Abwasserbehandlung und Wasseraufbereitung sind Membranverfahren nicht mehr wegzudenken. Zur Anwendung kommen hauptsächlich die Verfahren der Umkehrosmose, Nanofiltration, Ultrafiltration und Mikrofiltration. Für diese Verfahren werden die Membranen in unterschiedlichen Modulkonfigurationen eingebracht. Die wichtigsten sind dabei Platten- und Rahmensysteme, Rohrmodule, Kapillar- und Hohlfasermodule sowie Wickelmodule. Trennverfahren und Modulkonfigurationen lassen sich nahezu beliebig kombinieren, wodurch die Optimierung für eine Vielzahl von Anwendungen möglich wird. Die Membrantrenntechnologie stößt jedoch immer wieder an ihre Grenzen. Neben der Temperatur, die aufgrund der Werkstoffeigenschaften des Membranmaterials eine dieser Grenzen bildet, sind hier vor allem die Druck- und pH-Beständigkeit zu nennen.

Microdyn-Nadir bietet nicht nur Membranen im Bereich Mikro-, Ultra- und Nanofiltration, sondern konfiguriert diese auch in technische Module, jeweils ideal angepasst an die jeweiligen Applikationen. Durch intensive Entwicklungsarbeiten und sich daraus ergebende Investitionen in neue Fertigungsmaschinen ist es gelungen, eine Lücke im Modulprogramm zu schließen: Neben den bekannten Spira-Cel-OX-Modulen (pH-Bereich 3 bis 14, Betriebstemperatur bis 80 °C) sind nun auch die Spira-Cel-OY-Typen (pH-Bereich 0 bis 12) für eine Betriebstemperatur bis 80 °C und 40 bar verfügbar. Es stehen also von der Mikrofiltration bis hinunter zur Nanofiltration Membranen und Module für pH 0 bis 14 zur Verfügung.

Aus der kontinuierlichen Verschiebung der technischen Grenzen ergibt sich eine Vielzahl von neuen Anwendungen für die Membrantechnik. Ein Beispiel für den innovativen Einsatz der hochstabilen Membranen ist die Filtration von salpeter- und flusssäurehaltigen Edelstahlbeizsäuren. Im ersten Verfahrensschritt werden mittels Mikrofiltration alle Feststoffe entfernt. Microdyn-Nadir liefert hierfür seit Jahren beständige Mikrofiltrationsmodule. Neu ist der zweite Schritt: Dort werden Schwermetalle mittels Nanofiltration kontinuierlich von der Säure separiert. Durch diese kontinuierliche Schwermetallabtrennung im Bypass können konstante Beizraten erzielt werden, die den Durchsatz erhöhen und die Wirtschaftlichkeit der Beizanlagen steigern. Der Membranhersteller bietet nun oxidationsmittel- und säure- beziehungsweise laugenstabile Nanofiltrationsmembranen für solche Prozesse. Auf der Achema 2006 in Frankfurt soll gerade mit diesen Produkten für Prozesse mit extremen Anforderungen an pH-, Temperatur- und Oxidationsmittelstabilität eine Reihe weiterer Anwendungen erschlossen werden.

Ein weiterer Zukunftsmarkt der Membrantechnik, der eine rasante Entwicklung erwarten lässt, ist der Bereich der getauchten Modulsysteme für Membranbioreaktoren (MBR) im Bereich der industriellen Abwasseraufbereitung. Hier dient die Membran als zuverlässige Barriere für den Austrag von Keimen und Feststoffen und ermöglicht eine höhere Abbauleistung durch erhöhte Biomassenkonzentration in der Belebung. Diese energiesparende Technologie kommt besonders dort zum Einsatz, wo biologisch gereinigtes Wasser für die Prozesse wiedergewonnen werden soll, hohe biologische Abbauraten bei minimalem Platzbedarf realisiert werden sollen oder eine hohe Adaption der Biologie erforderlich ist, um den Abbau komplexer organischer Verbindungen zu ermöglichen. Besonders der letzte Punkt ist von großer Bedeutung innerhalb der chemischen und pharmazeutischen Industrie, wo diese komplexen organischen Verbindungen häufig auftreten. Das Bio-Cel-Modul, ein getauchtes Modulsystem auf Flachmembranbasis, ermöglicht es, klassische Verfahren mit vergleichsweise geringem technischem und finanziellem Aufwand zu ergänzen bzw. zu optimieren. Das Bio-Cel-Modulsystem vereint die Vorteile von getauchten Hohlfaser- und Plattenmodulen. Darüber hinaus ermöglicht die Verwendung der selbst tragenden Membrantasche den Bau von Modulen mit sehr hoher Packungsdichte. Durch filtratseitige Rückspülung sind effizienter Betrieb und Reinigung des Flachmembranmoduls möglich. Darüber hinaus weist das Modul geringe Neigung zur Verzopfung und zur Schlammablagerung auf der Membran auf. Das getauchte Modul, das einen sicheren Rückhalt für Bakterien und Feststoffe bietet sowie eine Reduktion von Viren ermöglicht, wird auf der Achema in Frankfurt, Halle 4.2, Stand O15 bis O16, zu sehen sein.

Membran-Kassettensysteme und Kapillarmodule haben ebenfalls ihre Zuverlässigkeit am Markt bewiesen und werden verstärkt in Fermentationsprozessen eingesetzt. Durch neue Materialien (Polypropylen und Polyethersulfon) wurden Schwächen der Kapillarmodule wie eingeschränkte Trenngrenzen nicht nur im Mikrofiltrationsbereich, sondern auch in der Ultrafiltration, überwunden. So ist die MD070-Generation von Kapillarmodulen nicht nur bei 121 °C sterilisierbar, sondern auch sehr robust, d. h. Faserbrüche sind nahezu ausgeschlossen. Des Weiteren ist die Übertragung vom Labormaßstab in die Produktion vergleichsweise einfach. Die Membrantechnik kann heutzutage auch thermische Trennverfahren sinnvoll ergänzen. So können Membranen vor Verdampfern Suspensionen vorkonzentrieren, wodurch sich Energieeingesparungen realisieren lassen. Alternativ dazu werden vor dem thermischen Trennen Feststoffe oder molekulare Stoffe abgetrennt. Dies bietet den Vorteil von sich nicht verklebenden Wärmeübergangsflächen, woraus ein geringer Wartungsaufwand und eine bessere Wärmeübertragung resultieren. Darüber hinaus arbeitet Microdyn-Nadir schon heute daran, Membranen und Module auch für nicht wässrige Lösemittel zur Verfügung zu stellen. Diese, noch am Anfang stehende, Entwicklung zeigt schon heute ein riesiges Potenzial für neue Anwendungen. Erste positive Ergebnisse liegen bereits vor.

cav 429

Produktpalette des Herstellers

Achema 2006

Aus der Forschung

Dechema – Fachsektion Membrantechnik