Mikrofiltration, Ultrafiltration

Die Mikro- und Ultrafiltration sind rein physikalische (mechanische) Membrantrennverfahren und werden i.d.R. ohne Zusatz von Chemikalien betreiben. Beide Verfahren trennen nach dem Prinzip des mechanischen Größenausschlusses (Filtrationsprinzip), d.h. alle Inhaltsstoffe im Wasser bzw. Abwasser die größer als die Membranporen sind werden von der Membran zurückgehalten.

Der wesentliche Unterschied zwischen der Mikro- und Ultrafiltration liegt in den verschiedenen Porengrößen und in der unterschiedlichen Membranstruktur (Werkstoffe, Materialien). Eine Filtration durch Membranen mit einer Porengröße < 0,1 µm wird  Ultrafiltration genannt, während eine Filtration bei Porengrößen > 0,1 µm als Mikrofiltration bezeichnet wird.

Ultrafiltrationsmembranen haben eine asymmetrische Struktur bei der der Membrankörper aus einer trennaktiven Schicht mit Poren im Submikronenbereich und einer offenporigen Stützschicht mit reiner Stützfunktion ohne Einfluss auf den Trennprozess besteht. Mikrofiltrationsmembranen sind dagegen offenporige symmetrische Membranen bei denen die Porenweite im Membrankörper nicht variiert.

Treibende Kraft in beiden Trennverfahren ist der Differenzdruck zwischen Zulauf und Ablauf  der Membran, der zwischen 1 und 10 bar liegt. Mit diesen Arbeitsdrucken lassen sich flächenbezogene Filtratdruchsätze (Flux) von 50 l (m2/h) bis ca. 500 l (m2/h) erreichen.

Charakteristisch für Mikro- und Ultrafiltration ist die tangentiale Überströmung der Membran, die Querstromfiltration oder auch Cross Flow Filtration genannt wird. Mit dieser Strömungsführung wird durch die tangential wirkenden Schwerkräfte der Deckschichtaufbau auf der Membran minimiert. Eine Filterkuchenausbildung, wie bei der klassischen Filtration ist nicht erwünscht. Dennoch bildet sich zwangsläufig eine Art Deckschicht aus. Da die meisten Mikro- und Ultrafiltrationsmembranen selbsttragend sind, kann zur Deckschichtminimierung auch die periodische Rückspülung eingesetzt werden.

Für beide Verfahren stehen Membranen aus keramischen und organischen Werkstoffen zur Verfügung, z. B. aus Zirkoniumoxid, Siliciumcarbid und hydrophilem Polysulfon. Keramische Werkstoffe haben im Vergleich zu organischen Werkstoffen der Vorteil einer größeren chemischen thermischen und mechanischen Beständigkeit, was mit einem höheren m2 Preis einhergeht. 

Die Mikro- und Ultrafiltrationsmembranen werden in Form von Flachmembranen, Rohrmembranen oder Hohlfasern hergestellt und in Druckrohren eingebaut. Eine anschlussfertige Einheit aus Druckrohr und Membrane heißt Modul. Bei der Reinigung von Abwässern kommen i.d.R. Rohrmodule mit einem Rohrdurchmesser von 3 mm bis 24 mm zum Einsatz. Wickel- oder Hohlfasermoduln werden in der Regel bei der Trinkwasseraufbereitung eingesetzt.

Beispiele für die Anwendung der Mikro- und Ultrafiltration im Bereich Abwasser sind:

  • Vorfiltration von Deponiesickerwasser
  • Rückhaltung von Biomasse
  • Wiedergewinnung von Rissprüfungschemikalien bei der Prüfung von Gusswerkstücken 
  • Recycling von Gleitschleifabwässern 
  • Standzeitverlängerung von Entfettungsbädern 
  • Spaltung von Öl-Wasser-Emulsionen wie z. B. Kompressorenkondensat, verbrauchte wassermischbare Kühlschmierstoffe, Spaltwässer aus der organischen oder Säurespaltung KFZ-Werkstattabwässer, KFZ-Waschanlagen, Waschwasserpflege Schneid-, Bohr- und Schleifemulsionen