Integrierte Vermeidung und Verminderung der Umweltverschmutzung

Kapitel 4
Bei der Cross-Flow-Mikrofiltration (CFM) werden Membranen mit Porengrößen im Bereich von 0,1 –
1,0 µm eingesetzt. Der Zulauf muss vorher nicht einer intensiven Vorbehandlung unterzogen werden, da die
Membran gegenüber Verschmutzung relativ widerstandsfähig ist und auch leicht gereinigt werden kann.
Ultrafiltration (UF) entspricht der Cross-Flow-Mikrofiltration mit dem Unterschied, dass UF-Membranen sehr
kleine Poren in der Größenordnung von 0,001 bis 0,02 µm haben. Die UF-Membran mit der kleinsten Porengröße
kann Moleküle mit einem Durchmesser über 1 nm oder einem Molekulargewicht von über 2.000 zurückhalten.
Um eine Verschmutzung der Membran zu verhindern, kann eine Vorbehandlung erforderlich sein. Für
die meisten UF-Anlagen wird die Zugabe von adsorbierenden Stoffen oder Flockungsmitteln in den Zustrom
nicht empfohlen, da hierdurch das Membranmodul verstopft werden könnte.
Mit der Umkehrosmosefiltration (RO) können gelöste organische und anorganische Moleküle zurückgehalten
werden. Wasser wird durch Filtration mit einer semipermeablen Membran von den gelösten Salzen getrennt,
wobei der Druck über dem osmotischen Druck der Salze liegt. Der Vorteil der Umkehrosmose liegt darin, dass
gelöste organische Stoffe weniger selektiv getrennt werden als mit anderen Verfahren. Das gereinigte Wasser
tritt durch die Membran hindurch.
Nanofiltration (NF) ist eine relativ neue Technik, mit der die Eigenschaften der Ultrafiltration und der
Umkehrosmose mit hoher Selektivität genutzt werden. Der Name kommt von der ungefähren Trenngrenze von
einigen Nanometern oder genauer von Molekularmassen zwischen 200 und 1.000 g/mol. Dies wird mit Hilfe
spezieller Nanofiltrationsmembranen erreicht, die zwar Poren einer bestimmten Größe haben, deren Rückhaltung
jedoch auf der elektrostatischen Ladung der zu trennenden Moleküle beruht. Die Membranen haben
eine selektive Permeabilität für Mineralstoffe, d. h. eine hohe Permeabilität für einwertige Kationen und
Anionen und eine geringere Permeabilität für zweiwertige Kationen. Nanofiltrationssysteme werden mit mittleren
Drücken im Bereich von 1 – 5 MPa betrieben.
Elektrodialyse erlaubt die Trennung von Ionen, indem statt einer hydraulischen Kraft ein elektrisches Feld als
Triebkraft eingesetzt wird. Die verwendeten Membranen werden ionen-selektiv hergestellt (für Kationen und
Anionen). Eine komplette Elektrodialyseeinheit besteht aus mehreren Zellen. Die chemische Fällung der Salze
auf der Oberfläche der Membran und ein Verstopfen mit organischen Kolloidresten kann durch Vorbehandlung
des Abwassers mit Aktivkohle oder chemischer Fällung oder durch eine Art Mehrfachmedium-Filtration
verhindert werden.
Erreichbare Umweltvorteile
Reduzierung des Gehalts an suspendierten und gelösten Feststoffen und Kolloiden. Auch der Phosphorgehalt
kann verringert werden, z. B. durch Umkehrosmose. Aufkonzentrierung der Abwasserströme zwecks Volumenreduzierung
vor weiterer Behandlung/Entsorgung, z. B. mögliche Aufkonzentrierung verdünnten Abfalls auf
Konzentrationen, die eine Wiederverwendung möglich machen. Mögliche Rückgewinnung teurer Hilfs- oder
Betriebsstoffe zur Wiederverwendung oder Rückgabe/Verkauf an Lieferanten am Standort oder außerhalb.
Rückgewinnung von Zusatzstoffen/Materialien vor Ort. Rückgewinnung von Wasser zwecks Wiederverwendung.
Medienübergreifende Auswirkungen
Es kann zusätzliches Abwasser entstehen.
Betriebsdaten
Probleme können durch Verschmutzung der Membranen und durch Gelpolarisation entstehen. Da die Durchtrittsrate
(Flux) durch die Membran relativ gering ist, wird eine große Membranfläche benötigt, um Stoffe rückzugewinnen.
Bei der Ultrafiltration können 90 – 95 % des Zustroms als Produktwasser rückgewonnen werden. Angaben
zufolge liegt die Effizienz der Phosphorentfernung mittels Umkehrosmose bei 90 - 100 %.
Die Membranen in Umkehrosmoseeinheiten sind sehr empfindlich gegenüber Verschmutzung, sodass eine
weitergehende Vorbehandlung erforderlich sein kann. Oxidationsmittel, die die Membranen und die Teilchen,
die einen Film bilden oder sich ablagern, z. B. Öl, Fett oder andere Stoffe, angreifen, müssen in der Vorbehandlung
entfernt werden, oder die Membran muss häufig gereinigt werden. Produktströme aus der
Umkehrosmose haben normalerweise eine sehr hohe Qualität und eignen sich für die Wiederverwendung im
Herstellungsprozess. Es ist standardmäßige Praxis, das Konzentrat zu entsorgen oder es einer entsprechenden
436 Januar 2006 RHC/EIPPCB/FDM_BREF_FINAL