Suchen

Umwelttechnik

Ultrafiltration sorgt für klare Verhältnisse

| Autor/ Redakteur: Christian Boehme * / Matthias Back

Multibore Membranen der BASF-Tochtergesellschaft Inge halten Schadstoffe zurück und verbessern die Trinkwasseraufbereitung

Firmen zum Thema

Abb. 1: Meere und Ozeane sind der größte Wasserspeicher der Erde. Ihr Wasser wird bereits seit Jahrzehnten durch Entsalzen in großem Umfang trinkbar gemacht.
Abb. 1: Meere und Ozeane sind der größte Wasserspeicher der Erde. Ihr Wasser wird bereits seit Jahrzehnten durch Entsalzen in großem Umfang trinkbar gemacht.
(Bild: BASF)

Wasser aus Meeren und Ozeanen wird seit Jahrzehnten durch Entsalzen in großem Umfang trinkbar gemacht. Im westafrikanischen Ghana entsteht zur Zeit eine moderne Meerwasserentsalzungsanlage, die täglich bis zu 60.000m³ Trinkwasser produzieren und damit eine halbe Million Menschen versorgen kann.

Hier spielen Ultrafiltrationsmembranen von Inge eine entscheidende Rolle: Sie bereiten in der Vorstufe das Meerwasser für die eigentliche Entsalzung vor und schützen die nachgeschalteten Salzfilter vor Verunreinigungen. Diese arbeiten nach dem Prinzip der Umkehrosmose, bei der das Wasser in einzelnen Molekülen durch eine empfindliche Membran diffundiert. Weil dafür hohe Drücke von bis zu 80 bar erforderlich sind, trägt die Vorreinigung zusätzlich dazu bei, den Energieaufwand in Grenzen zu halten.

Bildergalerie

Das dem Meer entnommene Wasser wird durch die sehr feinporigen Multibore Membranen gepresst und kann sie passieren, unerwünschte Schwebstoffe wie Sand, Lehm, Algen und sogar Krankheitserreger bleiben zurück. Die Ultrafiltrationsmembranen sehen auf den ersten Blick aus wie dünne weiße Röhrchen, erst der Querschnitt offenbart ihr komplexes Innenleben: Die Faser enthält sieben Kapillaren, in die das Rohwasser läuft. Die Wände dieser Kapillaren haben winzige Poren mit etwa 20 Nanometern Durchmesser - das ist 500mal dünner als ein Faden eines Spinnennetzes. Alle Partikel, die größer sind, hält die Membran hier zurück. Nur das gereinigte Wasser dringt durch die Poren in die Kunststofffaser ein und tritt außen an der Faser wieder aus.

"Die Herausforderung ist, dass während der Produktion Poren entstehen, die klein genug sind und sich gleichmäßig über die Membranoberfläche verteilen", erklärt Dr. Nicole Janssen, Laborteamleiterin der Forschung Performance Materials. Sie und ihr Team optimieren die Bedingungen und das Ausgangsmaterial, aus dem die Membran-Fasern hergestellt werden: den Kunststoff Ultrason E, ein Polyethersulfon. "Wir können die Ultrason-Lösung und den Prozess inzwischen sehr gut einstellen, sodass die Membranen sichere Filterleistung bieten."

Damit die Filter in der Praxis zuverlässig arbeiten, müssen nicht nur Größe und Verteilung der Poren stimmen, die Fasern müssen auch widerstandsfähig sein. Dafür sorgt die wabenartige Struktur im Faserinneren, die Experten von Inge konstruiert haben. "Die Anordnung der sieben Kapillaren in der Stützstruktur macht die Faser mechanisch stabil und damit robust", erläutert Martin Heijnen, Leiter der Membranentwicklung bei Inge und ergänzt: "Das schützt die Membran vor feinen Rissen, durch die sonst Bakterien oder Viren schlüpfen könnten."

In einer Filteranlage, durch die etwa das Meerwasser in Ghana gepumpt wird, sind die Membranfasern gebündelt in weiße Kunststoffzylinder gepackt. Die Enden sind über ein Epoxidharz mit dem Gehäuse verklebt. Im Betrieb wird die Unterseite verschlossen, sodass die Kapillaren nur an der Oberseite geöffnet sind. Dort wird das Rohwasser mit einem Druck von ca. 0,5 bar hineingepumpt. Der einzige Weg, den es von hier nehmen kann, verläuft über die Poren in den Kapillarinnenwänden der Fasern und an ihrer Außenseite als sauberes Wasser wieder hinaus.

Verunreinigungen vermeiden

Mit der Zeit sammeln sich die Rückstände in den Kapillaren an. Damit das Wasser diesen Filterkuchen durchdringen kann, muss der Druck erhöht werden. Das ist energieaufwendig und belastet die Membranen. Daher wird das Filtersystem regelmäßig alle 1 bis 2 Stunden gereinigt, indem der Wasserfluss umgekehrt wird: Sauberes Wasser wird kurzzeitig von außen in die Fasern gepresst und spült den Filterkuchen aus den Kapillaren.

Trotzdem können Verstopfungen in den Poren oder klebrige Stoffe wie Zucker oder Eiweiße zurückbleiben. Sie werden chemisch etwa mit Natronlauge, Säure oder Hypochlorit beseitigt. Oxidationsmittel können aber mit der Zeit den Kunststoff Ultrason E angreifen. Das wollen die Materialexpertin Janssen und ihre Kollegen verhindern. Sie arbeiten etwa daran, die Filteroberfläche der Kapillaren hydrophiler, also wasserliebender zu machen. So sollen sich Verunreinigungen weniger leicht absetzen. Das würde die Reinigung erleichtern und chemische Reinigungsschritte einsparen. "Das bedeutet eine längere Lauf- und Lebenszeit der Membranen", so Janssen. Die Optimierungen würden nicht nur bei der Vorreinigung von Meerwasser nutzen, sondern auch bei der Aufbereitung von Trinkwasser oder der Behandlung von Prozess- und Abwasser.

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Kontaktieren Sie uns über: support.vogel.de (ID: 43620591)