Was ist Membranfiltration?
Die Membranfiltration ist ein physikalisches Trennverfahren, das sich durch die Fähigkeit auszeichnet, Moleküle unterschiedlicher Größe und Eigenschaften zu separieren. Die treibende Kraft ist der Druckunterschied zwischen den beiden Seiten einer speziellen Membran. Mit Membrantechnologie lassen sich die Gesamtkosten der Produktion senken und gleichzeitig die Produktqualität steigern. Alfa Laval verfügt seit 1965 über Erfahrung in der Membranfiltration und teilt dieses Know-how gerne mit Ihnen.
Querstromfiltration im Vergleich zu Dead-End-Filtration
Bei der Membranfiltration kann es sich um eine Dead-End-Filtration oder um eine Querstromfiltration handeln.
Die Querstromfiltration birgt erhebliche Vorteile gegenüber der Dead-End-Filtration. Da die zu verarbeitenden Flüssigkeiten kontinuierlich durch die Membran fließen, gibt es keinen Filterkuchen, der zu Ablagerungen und ungleichmäßigem Fluss führen kann.
Dies ermöglicht einen kontinuierlichen, automatisierten Filtrationsprozess, der zu einer konsistenten, kontrollierbaren Produktqualität führt. Es werden keine Filterhilfsstoffe benötigt und die Membranen haben eine verlängerte Lebensdauer.
Fast die gesamte industrielle Membranfiltration erfolgt als Querstromfiltration, bei der die zu filternde Flüssigkeit mit hoher Geschwindigkeit und unter Druck parallel zur Membran fließt.
Wie funktioniert Membranfiltration?
Membranfiltration als physikalischer Trennprozess
Die Membranfiltration ist ein physikalischer Trennprozess, bei dem der Druckunterschied zwischen den beiden Seiten einer speziellen Membran als treibende Kraft wirkt. Dieser Prozess zeichnet sich dadurch aus, dass Moleküle unterschiedlicher Größe und Eigenschaften getrennt werden können.
Fast alle industriellen Membranfiltrationssysteme arbeiten im Cross-Flow-Filtrationsmodus, wobei die zu filtrierende Flüssigkeit mit hoher Geschwindigkeit und unter Druck parallel zur Membran fließt.
Membranen als selektive physikalische Barriere
Im einfachsten Sinne wird bei der Membranfiltration ein einzelner Zulaufstrom durch ein Membransystem geleitet, das ihn in zwei separate Ströme trennt: Permeat und Retentat. Die Membran fungiert als physikalische Barriere mit hochspezialisierten Eigenschaften – eine Barriere, die nur bestimmte Komponenten des Zulaufstroms je nach Molekülgröße und -eigenschaften passieren können.
Membranporengröße und druckgetriebene Filtration
Die Poren solcher Membranmaterialien sind so klein, dass sie in Angström (10⁻¹⁰ m) gemessen werden, und es ist Druck erforderlich, um die Flüssigkeit hindurchzupressen. Die Poren von Membranen für Nanofiltration und Umkehrosmose sind so winzig, dass sie selbst mit einem Rasterelektronenmikroskop nicht sichtbar sind.
Watch the video to learn how reverse osmosis supports yeast production—explained by an Alfa Laval membrane development engineer.
Arten der Membranfiltration
Es gibt vier gängige Kategorien von Membranen. Diese werden auf der Grundlage der Größe des Stoffs definiert, den sie von der zugeführten Flüssigkeit trennen sollen. Die Membrantypen werden in der Reihenfolge zunehmender Porengröße bezeichnet als Umkehrosmose, Nanofiltration, Ultrafiltration und Mikrofiltration.
Was ist Umkehrosmose (Reverse Osmosis; RO)?
Bei der Umkehrosmose wird zur Flüssigtrennung die dichteste mögliche Membran verwendet. Im Prinzip ist Wasser der einzige Stoff, der die Membran durchdringen kann. Alle anderen Stoffe (Bakterien, Sporen, Fette, Proteine, Klebstoffe, Salze, Zucker, Mineralien usw.) können die Membran nicht durchdringen.
Was ist Nanofiltration (NF)?
Bei der Nanofiltration können kleine Ionen (z. B. Mineralien) die Membran durchdringen, während größere Ionen und die meisten organischen Komponenten (z. B. Bakterien, Sporen, Fette, Proteine, Gummi und Zucker) ausgeschlossen werden.
Nanofiltration (NF) im Vergleich zur Umkehrosmose (RO)
Die Nanofiltration ist kein so feiner Trennungsprozess wie die Umkehrosmose und verwendet Membranen mit etwas größeren Poren.
Was ist Ultrafiltration (UF)?
Bei der Ultrafiltration werden Membranen verwendet, bei denen die Poren größer und der Druck relativ niedrig sind. Salze, Zucker, organische Säuren und kleinere Peptide gelangen durch die Poren, während Proteine, Fette und Polysaccharide herausgefiltert werden.
Was ist Mikrofiltration (MF)?
Bei der Mikrofiltration werden in der Regel nur Schwebstoffe, Bakterien und Fettkügelchen herausgefiltert.
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