Die richtige Umkehrosmosemembran für ihre Anwendung

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Einfluss auf Fluss und Rückhalt

So zeigen die UO-Membrane auf den Datenblättern vergleichbare Werte unter den angegebenen Testbedingungen, in Prozessströmen mit unterschiedlichen Kationen und Anionen können die Unterschiede jedoch nachgewiesen werden.

Besonders der Rückhalt bei anorganischen Verbindungen, deren Ladung sich durch pH-Einfluss verändern kann, ist ein guter Indikator, um die elektrostatischen Wechselwirkungen und damit die Oberflächenladung der Membran aufzuzeichnen.

Im Folgenden werden Ergebnisse gezeigt, die diese Effekte aufzeichnen.

Hierzu wurden Flachmembrane in Testzellen untersucht und deren Fluss und Rückhalt aufgenommen. Um bei unterschiedlichen Flüssen den Rückhalt zu vergleichen, wurden die Daten auf den gleichen Fluss normalisiert.

Das bekannteste Beispiel für die Änderung des Rückhalts bei wechselndem pH-Wert ist der Rückhalt von Borsäure. Die Weltgesundheitsorganisation WHO empfiehlt eine Konzentration von Bor im Trinkwasser von < 2,4 mg/l. Dieser Wert kann in einem UO-Filtrationsschritt erreicht werden.

Jedoch wird in einigen Ländern, die das Wasser auch für Agraranwendungen verwenden, ein Wert von < 0,4 mg/l gefordert, da beispielsweise Zitrusfrüchte besonders sensibel auf Bor reagieren. In diesem Fall verwendet man einen permeatgestuften UO-Prozess, wobei nach der ersten Permeatstufe der pH-Wert auf 10 erhöht wird, um den geforderten Borrückhalt zu erreichen. Dabei macht man sich zu Nutze, dass die Borsäure ab einem pH-Wert von 9,5 vorwiegend negativ geladen ist.

Durch diese negative Ladung und die elektrostatischen Wechselwirkungen mit der negativ geladenen Oberfläche steigt der Rückhalt des Bors, der als Borsäure vorliegt.

Da in der zweiten Permeatstufe die Salzkonzentration gering ist, werden hier häufig so genannte „low energy“ (LE) UO-Typen eingesetzt. Der Einfluss der Oberfläche lässt sich deutlich bei den Messungen sehen. Während die hochvernetzte LE-Membran schon bei pH-Werten unter 8 einen Rückhalt von 80 Prozent erreicht, wird dieser Wert bei der weniger vernetzen Membran erst bei einem pH-Wert über 9 erreicht.

Hierbei zeigt sich, dass bei der LE-Vergleichsmembran der Rückhalt deutlich mehr von der Ladung der Borsäure abhängig ist, als bei einer stark vernetzten Membran. Ein weiteres Beispiel, das vorwiegend aus dem Bereich der Kesselspeisewasseraufbereitung kommt, ist der Kieselsäure-Rückhalt.

Die Kieselsäure ist in Konzentrationen unter 75 mg/l löslich. Als schwache Säure ist sie im neutralen pH-Bereich nicht dissoziiert. Sobald jedoch der pH-Wert steigt, dissoziiert die Säure und der Rückhalt steigt, durch die negative Ladung. Dies ist ab einem pH-Wert von 9 deutlich erkennbar. Im Test wurde hier eine Standard-Brackwassermembran verwendet.

Zusätzlich wurde auch der Einfluss der Temperatur untersucht. Dabei zeigte sich, dass die höhere Vernetzung auch einen positiven Einfluss auf den Rückhalt bei unterschiedlichen Temperaturen hat.

Um diesen Effekt zu erklären, muss man berücksichtigen, dass bei steigender Temperatur zwei Effekte eine wesentliche Rolle spielen. Bei höherer Temperatur quillt die Membran auf, sodass der Rückhalt der Membran geringer wird. Gleichzeitig steigt der Wasserfluss durch die Membran an, sodass es permeatseitig zu einem Verdünnungseffekt kommt. Dadurch steigt der rechnerische Rückhalt.

Bei höherem Vernetzungsgrad ist die Quellung durch Temperaturanstieg geringer und damit der Rückhalt der Membran konstanter. Bei der Vergleichsmembran kann die Abnahme des Rückhalts nicht durch die Zunahme des Permeatflusses kompensiert werden, so dass der Rückhalt abnimmt.

Gerade in der Kesselspeisewasseraufbereitung ist ein konstant hoher Rückhalt von Kieselsäure wichtig, da diese die Kapazität des Mischbett-Ionenaustauschers verringert.

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