Mikrofiltration (MF)
Die Filterfeinheit liegt zwischen 0,1 und 50 Mikrometern. Zur Mikrofiltration kommen verschiedene PP-Filterelemente, Aktivkohlefilter, Keramikfilterelemente usw. zum Einsatz. Sie entfernt Schadstoffe wie Mikroorganismen aus dem Wasser. Das Filterelement ist in der Regel nicht waschbar und muss regelmäßig ausgetauscht werden.
① PP-Baumwollkern: wird im Allgemeinen nur für die Grobfiltration mit geringen Anforderungen an die Entfernung großer Partikel wie Sedimente und Rost aus dem Wasser verwendet.
②Aktivkohle: Sie kann die verschiedenen Farben und Gerüche im Wasser beseitigen, aber sie kann die Bakterien im Wasser nicht entfernen, und ihre Wirkung bei der Entfernung von Sedimenten und Rost ist ebenfalls sehr schlecht.
③Keramikfilterelement: Die geringe Filtrationsgenauigkeit beträgt nur 0,1 Mikron, und die Durchflussrate ist in der Regel gering, was die Reinigung erschwert.
Ultrafiltrationsmembran (UF)
Eine mikroporöse Filtermembran weist einen Nennporengrößenbereich von 0,001–0,02 Mikrometern und einheitliche Porengrößenstandards auf. Die Ultrafiltration ist ein Membranfiltrationsverfahren, bei dem eine Ultrafiltrationsmembran durch Druckdifferenzen getrieben wird. Die meisten Ultrafiltrationsmembranen bestehen aus Acetatfasern oder Polymermaterialien mit vergleichbaren Eigenschaften. Sie eignet sich zur Trennung und Konzentrierung von gelösten Stoffen in Behandlungslösungen und wird häufig auch zur Trennung von kolloidalen Suspensionen eingesetzt, die mit anderen Trennverfahren schwer zu trennen sind. Ihre Anwendungsgebiete erweitern sich stetig.
Die Membranultrafiltration mittels Druckdifferenz wird in drei Typen unterteilt: Ultrafiltrationsmembranfiltration, Mikroporenmembranfiltration und Umkehrosmosemembranfiltration. Sie unterscheiden sich durch die geringe Partikelgröße bzw. das Molekulargewicht, das die Membranschicht zurückhalten kann. Betrachtet man den Nennporenbereich der Membran als Unterscheidungsmerkmal, so weist die Mikroporenmembran (MF) einen Nennporenbereich von 0,02–10 m, die Ultrafiltrationsmembran (UF) einen von 0,001–0,02 m und die Umkehrosmosemembran (RO) einen von 0,0001–0,001 m auf. Verschiedene Faktoren beeinflussen die Porengröße, beispielsweise durch Ultrafiltrationsmembranen mit unterschiedlichen Porengrößen. Die Porengrößenverteilung kann je nach Art und Konzentration der Lösung sowie den Verdampfungs- und Koagulationsbedingungen während der Membranherstellung variieren.
Physikalische Karte der Ultrafiltration
Ultrafiltrationsmembranen sind in der Regel Polymermembranen, wobei die verwendeten Polymermaterialien hauptsächlich aus Cellulosederivaten, Polysulfon, Polyacrylnitril, Polyamid und Polycarbonat bestehen. Ultrafiltrationsmembranen finden breite Anwendung in der Pharma-, Lebensmittel- und Umweltindustrie und können als Flachmembranen, Rollenmembranen, Rohrmembranen oder Hohlfasermembranen hergestellt werden.
Die Ultrafiltrationsmembran war eine der ersten entwickelten Polymermembranen zur Trennung von Oberflächen, und Ultrafiltrationsanlagen wurden in den 1960er Jahren hergestellt. Ultrafiltrationsmembranen finden breite industrielle Anwendung und haben sich als neues chemisches Verfahren etabliert. Sie werden zur Trennung, Konzentration und Reinigung von Bioprodukten, pharmazeutischen Erzeugnissen und Lebensmitteln sowie in der Blut- und Abwasserbehandlung und zur Reinstwasserherstellung eingesetzt.
Die Filtrationsgenauigkeit der Nanofiltration (NF) liegt zwischen der der Ultrafiltration und der der Umkehrosmose, die Entsalzungsrate ist jedoch geringer als bei der Umkehrosmose. Auf dem Markt kursierte die Aussage: Nanofiltration sei nichts anderes als eine ungenaue Umkehrosmose. Tatsächlich handelt es sich dabei um eine irreführende technische Vorstellung.
Physikalische Karte der Nanofiltration
Im eigentlichen Trennverfahren handelt es sich bei der Nanofiltration um eine Filtermembran, die den Daunan-Effekt erfüllt und selektive Ionen zurückhält. Ihre Natriumchlorid-Permeabilität ist proportional zur Natriumchloridkonzentration und beträgt mehr als 0,4. Hauptanwendungen sind die Entsalzung und die Konzentrierung verschiedener Flüssigkeiten. Bei einer NaCl-Konzentration von 30.000 ppm in Kombination mit anderen Ionen wurde mit Nanofiltrationsmembranen eine NaCl-Rückhaltung von 0 % beobachtet.
Umkehrosmose (RO): Die Filtrationsgenauigkeit liegt bei etwa 0,0001 Mikrometern. Es handelt sich um ein hochpräzises Membrantrennverfahren, das Anfang der 1960er-Jahre in den USA entwickelt wurde und mit Differenzdruck arbeitet. Es filtert praktisch alle Verunreinigungen (sowohl schädliche als auch nützliche) aus dem Wasser und hinterlässt nur Wassermoleküle. Hauptsächlich wird es zur Herstellung von Reinstwasser, industriellem Reinstwasser und medizinischem Reinstwasser eingesetzt. Für die Umkehrosmose-Technologie werden Druck und Energie benötigt.
RO ist die englische Abkürzung für Umkehrosmosemembran. Da die Porengröße der RO-Membran nur fünf Millionstel eines Haares (0,0001 Mikrometer) beträgt, ist sie mit bloßem Auge praktisch unsichtbar. Bakterien und Viren halten sie zurück. Daher können nur Wassermoleküle und einige für den menschlichen Körper nützliche Mineralionen die Membran passieren, während andere Verunreinigungen und Schwermetalle über das Abwasser abgeleitet werden.
Das Prinzip der Umkehrosmose:
Zunächst müssen wir das Konzept der Osmose verstehen. Osmose ist ein physikalischer Prozess. Werden zwei Wasserarten mit unterschiedlichem Salzgehalt getrennt, beispielsweise durch eine semipermeable Barriere, diffundiert das Wasser auf der Seite mit dem geringeren Salzgehalt. Die Membran lässt Wasser mit hohem Salzgehalt durch, das Salz selbst dringt jedoch nicht durch. Dadurch gleichen sich die Salzkonzentrationen auf beiden Seiten allmählich an. Dieser Prozess, der auch als osmotischer Druck bezeichnet wird, benötigt jedoch viel Zeit.
Physikalische Karte der Umkehrosmose
Wenn man jedoch versucht, auf der Seite mit dem hohen Salzgehalt Druck auszuüben, kann dies die zuvor beschriebene Penetration ebenfalls einschränken. Dieser Druck wird als osmotischer Druck bezeichnet. Wird der Druck erhöht, kehrt sich die Infiltration um, und das Salz bleibt zurück. Das Prinzip der Umkehrosmose-Entsalzung besteht daher darin, einen Druck anzuwenden, der höher ist als der natürliche osmotische Druck in salzhaltigem Wasser (wie Rohwasser). Dadurch verläuft die Osmose in die entgegengesetzte Richtung, und die Wassermoleküle im Rohwasser werden durch die Membran auf die andere Seite gedrückt. Das Ergebnis ist sauberes Wasser. So werden Verunreinigungen und Salze aus dem Wasser entfernt.
Der Ursprung der Umkehrosmose:
Ein amerikanischer Wissenschaftler entdeckte 1950 zufällig, dass Möwen beim Fliegen große Mengen Meerwasser von der Meeresoberfläche einsaugten. Nach wenigen Sekunden erbrachen sie jedoch wieder etwas Meerwasser, was Anlass zur Sorge gab, da Landtiere über ihre Lungen atmen. Salzwasser mit hohem Salzgehalt ist für sie nicht trinkbar. Bei der Sektion stellte man fest, dass der Körper der Möwe von einer hauchdünnen, präzisen Schutzschicht umgeben ist. Die Möwe inhaliert Salzwasser, das anschließend komprimiert wird, und die Wassermoleküle durchdringen diese Schicht aufgrund des Drucks.
Das Meerwasser wird in Süßwasser umgewandelt, und die Verunreinigungen sowie das extrem konzentrierte Salz werden ausgespuckt. Dies ist die theoretische Grundlage der Umkehrosmose, die 1953 von der University of Florida erstmals in Entsalzungsanlagen eingesetzt wurde. Dr. S. Sidney Lode, Professor an der UCLA University School of Medicine, begann 2009 gemeinsam mit Dr. S. Soirirajan mit der Forschung an Umkehrosmosemembranen. Unterstützt wurde dies von einem Projekt der US-Bundesregierung. Jährlich investierten sie rund 400 Millionen US-Dollar in die Forschung, um die Technologie für Astronauten nutzbar zu machen.
Veröffentlichungsdatum: 31. März 2022