Membranen

"Wasseraufbereitung 

mittels Membrantechnik" 

Ingolf Voigt 

Hermsdorfer Institut für Technische Keramik e.V. 

Statusseminar "Wasser/Abwasseraufbereitung" 09.06.2009, Erfurt 

1

1 Einleitung 

Inhalt 

2 Keramische Nanofiltrationsmembranen 

3 Anwendungsbeispiele keramischer Membranen 

4 Zusammenfassung 


2

Lat. Membrana = Häutchen 

Retentat 

Permeat 

1. Einleitung 

Querstromfiltration 

Trenntechnik: 

Eine Membran ist eine halbdurchlässige Wand zwischen zwei Räumen 

Feed 


Retentat 

Permeat 

Feed 

3

1. Einleitung 

Mehrschichtaufbau 


} 

Membran 

Zwischenschichten 

Support 

4

1. Einleitung 

Support 

• hohe Filterfläche pro Rohr 

• hohe Permeatflüsse 

• geringe Anströmflächen 

• hohe mechanische Stabilität 


5

Porenvolumen 

0 

Mikroporen 

Nanofiltration 

Ti(OPr i ) 4 

organ. LM 

Part. Hydrolyse 

Polymeres Sol 

Beschichtung 

Trocknung 

Therm. Behandl. 

2. Keramische Nanofiltrationsmembran 

Membranherstellung 

def. Menge H 2 O 

Rückfluss 

Klimakontrolle 

Klimakontrolle 

400-500°C 


7

� Material: amorphes TiO 2 

� Porendurchmesser: 0,9 nm 

� Membrandicke: 50 nm 

� Offene Porosität: 30 % 

� Temperaturstabilität: 350 °C 

� Druckstabilität: ≥ 60 bar 

� Hohe chemische Beständigkeit 

� Geringes Fouling 


Weltweit einzigste keramische NF-Membran 

NF Membran 

J. Membr. Sci. 174 (2000) 123-133 


250 nm 

8

Rückhalt Rückhaltung [%] [%] 

100 

80 

60 

40 

20 

0 

Wasserfluss: 

20 l/(m 2 ·h·bar) 


Molecular weight cut-off cut off (MWCO) 

HITK 

0 500 1000 1500 2000 2500 


NF-Membran 

anderer Hersteller 

Keram. NF-Membranen 

anderer Hersteller 

Molmasse Molgewicht [g/mol] 

[g/mol] 

9

Rückhalt [%] 


100 

80 

60 

40 

20 

0 

SO 2- 2- 

4 

Rückhaltung [%] 2. Keramische 

Salzrückhaltung 

Salzr ckhaltung 


0 2 4 6 8 10 12 14 

pH Wert 

pH-Wert 

Cl- Cl- Cl- Cl- 10


250 nm 

- Membranen 

1992-1994: Entwicklung von Al 2 O 3 -supports (HITK) 

1995-1996: Entwicklung von MF- und UF-Membranen (HITK) 

1997-2000: Entwicklung von NF-Membranen (HITK + Rauschert) 

2000-2002: Herstellung von Membranen im Technikumsmaßstab (inocermic) 

2002: Erste Anlage mit NF-Membranen (25m 2 ) 

2004: Erweiterung der Fertigung zum Technischen Maßstab 

(inocermic + Rauschert) 

2006: Gründung der inopor ® GmbH (50% inocermic, 50% Rauschert) 

11

D 50 ca. 50nm bis 1µm 

Anwendungsdruck 0,5-3bar 

Anwendung 

Abwasserreinigung 

Klarfiltration 

Bakterienabtrennung 

Emulsionspflege 

3. Anwendungsbeispiele 

Überblick berblick 

Mikrofiltration Ultrafiltration Nanofiltration 

D 50 ca. 2nm bis 50nm 

Anwendungsdruck 3-6bar 


Anwendung 

Emulsionsspaltung 

Proteinfraktionierung bei Milch 

Sterilfiltration 

D 50 ca. 0,8nm bis 2nm 

Anwendungsdruck 5-20bar 

Anwendung 

Entfärbung 

Teilentsalzung 

Vorbehandlung RO 

Produktgewinnung 

Produktreinigung 

12


Aufbereitung von Walzenemulsionen 

Ultrafiltrationsanlage in der Firma 

HFP Bandstahl GmbH & Co. KG, 

Bad Salzungen, Germany 


Ziel 

Reduzierung der 

Abwasserentsorgungskosten von 

300 m³ Walzenemulsion pro Jahr 

Permeatfluss 

Membranfläche 

Transmembrandruck 

Mittlerer Porendurchmesser 

Konzentrationsgrad 

Amortisationszeit 

40-80 l/h 

1 m² 

1,5 bar 

100 nm 

10 

1-1,5a 

13

Ergebnis: 


Aufbereitung von Walzenemulsionen 

Ölgehalt in mg/l 

CSB in mg O 2 /l 

Öl/Wasser- 

Walzenemulsion 

8.500 

48.500 

Ultrafiltration von Öl/Wasser-Emulsionen 

Einer LKW-Autowäsche in der Schweiz 


Permeat nach 

der UF 

Chicory roots 


Produktreinigung durch Diafiltration 

Heißwasser- 

Extraktion 


Reinigung 

Umsetzung 

in NMP 

INUTEC ® 

B. Levecke, International Workshop on Membranes in Solvent Filtration, Leuven, Belgium, March 23-24, 2006 

15



H 2 O(make-up) 

T° 

LT 

Retentat 


INUTEC + H 2 O + NMP 

Feed 

INUTEC + NMP + H H2O 2O 2O 

Permeat 

NMP + H 2 O 

B. Levecke, International Workshop on Membranes in Solvent Filtration, Leuven, Belgium, March 23-24, 2006 

16



1. Pilot plant: 5,25 m² 2. Pilot plant: 10 m² 

2 Anlagen mit einer Membranfläche von 25 m 2 wurden 2006 von der 

Fa. Andreas Junghans gebaut und von Orafti in Betrieb genommen. 


17


Reinigung von Textilabwasser 


Ausgangssituation 

bei Riedel-Textil GmbH 

• Wasserversorgung: Brunnen 

• Abwassermenge: >1000 m3 /Tag 

• Vereinigung aller Abwässer 

in einem Abwasserkanal 

• Hohe Abwassergebühr von 

regionaler Kläranlage wegen 

Farbigkeit 

18

Rohware 



Farbflotte 

Färben Waschen 

Restflotte 


Frischwasser 

Farbiges 

Abwasser 

CSB: 60…5000mg/l 

pH: 3…13 

Temp.: 20…90°C 

Gefärbte 

Ware 

19

Rohware 



Farbflotte 


Restflotte 


Frischwasser 

Farbiges 

Abwasser 

Gefärbte 

Ware 


Konzentrat 

Permeat 

20

Rohware 



Farbflotte 


Restflotte 


Frischwasser 

Farbiges 

Abwasser 

Gefärbte 

Ware 


Konzentrat 

Was passiert mit Restflotte und Konzentrat? 

Permeat 

21

Rohware 



Farbflotte 


Restflotte 

Kathodische 

Reduktion 

Farbloses 

Abwasser 


Frischwasser 

Farbiges 

Abwasser 

Gefärbte 

Ware 


Konzentrat 

Permeat 

22

Membrananlage 

- Betriebsweise: feed & bleed 

- Konzentrationsfaktor: 10...20 

- Membranfläche: 25 m2 - TMP: 15 bar 

- Überströmgeschwindigkeit: 5 m/s 

- Permeatfluss: 5 m3 /h 

(200 l/(m2 ·h)) 



Reinigung von 

Textilabwasser 

Anlagenbauer: Junghans, Frankenberg 

Inbetriebnahme: Mai 2002 

Kathodische Reduktion 

- Betriebsweise: batch 

- Kapazität: 6 m3 /Tag 

- Azofarbstoffe vollständig zerstört 

23



Anlagenerweiterung Sept. 2005: 36 m2 (4 Module, 37x19-Kanalrohr, 1,20m) 


24

4. Zusammenfassung 

� Keramische Membranen bis in den Bereich der 

Nanofiltration kommerziell verfügbar 

� Hohes Anwendungspotential in den Bereichen: 

- Abwasserbehandlung 

- Wasseraufbereitung 

- Produktreinigung 

� Membran häufig nur Teil einer Komplettlösung 

→ Hybridverfahren 

� Entwicklungsbedarf für kleinere Trenngrenzen und 

Anwendung der NF in organischen Lösemitteln 


25

Vielen Dank für Ihre 

Aufmerksamkeit! 


26

Membranen

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