DE4325937A1 - Verfahren zur Beeinflussung und Verminderung der Deckschichtbildung bei der Crossflow-Membranfiltration - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur gezielten Beeinflussung und Verminderung der Deckschichtbildung bei der Crossflow-Membranfiltra­ tion.

Die Membranfiltrationsverfahren zielen darauf ab, gelöste und ungelö­ ste Stoffe aus überwiegend wäßrigen Lösungen abzutrennen. Bei der Crossflowfiltration - gleichgültig, ob es sich um Mikro-, Ultra-, Na­ no- oder Hyperfiltration handelt - werden die aufkonzentrierten Stoffe, die man aus den zu filtrierenden Medien herausfiltert, auf der Reten­ tatseite der Membran als Retentatstrom abgeführt.

Beim Durchströmen des Membranfilters kommt es auf der Retentatseite der Membran zu unerwünschten Ablagerungen, wenn das zu filtrierende Medium kolloidale Systeme oder Feststoffe enthält. Diese Ablagerungen verdichten sich zu einer regelrechten Deckschicht, die den Durchfluß durch die Membran mehr oder weniger stark behindert und somit die Filterwirkung der Membran vermindert. Bei den bekannten Verfahren wird zur Minderung der Deckschichtbildung eine möglichst hohe Fließ­ geschwindigkeit an der Membranoberfläche angestrebt. Trotzdem lädt es sich nicht vermeiden, daß insbesondere Feststoffe sich auf der Membranoberfläche ablagern und eine permeatflußmindernde Deckschicht bilden. Diese Deckschicht muß in regelmäßigen Abständen bei Unter­ schreiten eines wirtschaftlichen Permeatflusses durch Reinigungsmaß­ nahmen entfernt werden.

Häufig muß hier auf chemische Mittel zur Unterstützung der Reinigung zurückgegriffen werden, deren Entsorgung zusätzlichen Aufwand bedeu­ tet, bzw. man muß bei den Reinigungsvorgängen entsprechend längere Spülzeiten in den Verfahrensabläufen vorsehen, wenn durch eine Spü­ lung ohne chemische Hilfsmittel eine Loslösung der Deckschicht über­ haupt möglich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, die Deckschichtenbildung auf der Retentatseite der Membran zu verhindern bzw. die sich aufbauende Deckschicht so zu verändern, daß sie sich entweder mit einfachen Mit­ teln und in kurzer Zeit wieder entfernen lädt oder aber den Durchfluß nicht wesentlich behindert.

Erfindungsgemäß wird das erreicht, indem man der zu filtrierenden Flüssigkeit einen pulverförmigen, wasserunlöslichen und nicht quel­ lenden Feststoff zudosiert. Dadurch wird die Deckschicht so beein­ flußt, daß diese wasserdurchlässiger, dünner und mechanisch leichter zu entfernen ist.

Der zudosierte pulverförmige Feststoff wirkt dabei offensichtlich in zweierlei Weise. Einmal erzeugt er auf der Membranoberfläche eine schmirgelnde Wirkung und trägt Schichten oder Partikel, die sich an der Membranoberfläche festsetzen, mechanisch wieder ab. Zum anderen, wenn es zu einer Schichtbildung auf der Membranoberfläche kommt, lagert sich der zudosierte Feststoffin die Schicht ein. Sie wird also dadurch inhomogener und läßt sich leichter entfernen bzw. bleibt durch ihre Inhomogenität durchlässiger.

Als besonders vorteilhaft hat es sich erwiesen, den pulverförmigen Feststoff der zu filtrierenden Rohlösung, in den Arbeitsbehälter, in die Zirkulationsleitung oder in die verbindenden Rohrleitungen zuzudosieren. Die Zuführung kann dabei je nach Bedarf bzw. Ablauf des Verfahrens kontinuierlich oder schubweise erfolgen.

In einem weiteren erfindungsgemäßen Verfahrensschritt kann man pul­ verförmige Feststoffe mit adsorbierenden Eigenschaften verwenden, die in der zu filtrierenden Lösung enthaltene adsorbierbare gelöste Stof­ fe an sich binden. Die so adsorbierbaren Stoffe könnten einmal den Deckschichtenaufbau auf der Membranoberfläche negativ beeinflussen, d. h. verstärken oder aber die Membran im nichtadsorbierten Zustand passieren, was in einigen Fällen unerwünscht ist.

Als besonders geeignet für die angestrebte Beeinflussung/Verminderung der Deckschichtenbildung hat sich der Einsatz von Aktivkohle oder Aluminiumoxid als zuzudosierender Feststoff erwiesen.

Einsetzen kann man das erfindungsgemäße Verfahren beispielsweise bei der Membranfiltration von Oberflächenwasser aus algen-, schwebstoff- und keimbelasteten Seen und Flüssen sowie von Meerwasser.

In einem Versuch wurde zum Nachweis der Funktion dieses Verfahrens eine Crossflow-Mikrofiltrationsanlage an einem natürlichen algen- und huminstoffbelasteten Gewässer betrieben. Die Versuchsanlage war mit Rohrmembranen (Innendurchmesser 5,5 mm, Porenweite 0,2 µm) mit einer Membranfläche von 8 m² bestückt. Die Versuchsanlage wurde zunächst ohne Feststoffdosierung betrieben. Dabei zeigte sich über die Lauf­ zeit von mehreren Stunden eine Permeatfluß-Minderung von anfangs 950 l/h auf 700 l/h. Nachdem der Permeatfluß sich auf diesem Niveau ein­ gependelt hatte, wurde mit der Zugabe von pulverisierter Aktivkohle in den Arbeitsbehälter begonnen. Von diesem Zeitpunkt an konnte ein stetiges Ansteigen des Permeatflusses innerhalb einer Stunde auf mehr als 800 l/h beobachtet werden. Da bei diesem Versuch die Randbedin­ gungen konstant gehalten wurden, ist die Flußverbesserung allein auf die Dosierung von Pulverkohle zurückzuführen.

Claims (4)

1. Verfahren zur Beeinflussung und Verminderung der Deckschichtbil­ dung bei der Crossflow-Membranfiltration, dadurch gekennzeichnet, daß der zu filtrierenden Flüssigkeit ein pulverförmiger wasserun­ löslicher und nicht quellender Feststoff zudosiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der pulverförmige Feststoff der zu filtrierenden Rohlösung, in den Arbeitsbehälter, in die Zirkulati­ onsleitung oder in die verbindenden Rohrleitungen zudosiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß pulverförmige Feststoffe mit adsorbie­ renden Eigenschaften verwendet werden, die in der zu filtrierenden Lösung enthaltene adsorbierbare gelöste Stoffe an sich binden.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zudosierten Feststoffe vorzugswei­ se Aktivkohle oder Aluminiumoxid sind.