Was ist ein Membrantrennverfahren?
Das Membrantrennverfahren ist eine Technologie zur Trennung, Extraktion und Konzentration von Stoffen, indem sie durch eine Membran gesiebt werden.
Die im Membrantrennverfahren verwendeten Membranen haben kleine Poren und können Stoffe je nach Größe, Ladung und osmotischem Druck selektiv durchlassen.
Das Membrantrennverfahren nutzt Energiegradienten als treibende Kraft für die aktive Permeation von Stoffen, und es gibt im Prinzip drei Haupttypen von Energiegradienten: chemisches Potenzial, Druckdifferenz und Potenzialdifferenz.
Anwendungen des Membrantrennverfahrens
Membrantrennverfahren werden hauptsächlich in Prozessen wie der Reinigung, Konzentration und Trennung eingesetzt. Es gibt auch andere Methoden wie Destillation, Kristallisation und Extraktion.
1. Reinigung
Unter Reinigung versteht man die Entfernung von Verunreinigungen wie Schwebstoffen, Bakterien und Ionen aus dem Wasser. Sie wird zur Entsalzung von Meerwasser, zur Aufbereitung und Rückgewinnung von Industrieabwässern und zur Behandlung von Abwässern eingesetzt.
2. Konzentration
Die Aufkonzentrierung ist eine Methode zur Salzgewinnung aus Meerwasser mittels Elektrodialyse mit Ionenaustauschermembranen. Bei diesem Verfahren werden abwechselnd Kationenaustauschmembranen und Anionenaustauschmembranen in einer Reihe angeordnet, um eine Elektrodialysezone zu schaffen, in der Potenzialunterschiede den Transfer und die selektive Permeation von Ionen ermöglichen.
3. Trennung
Die Trennung ist eine Methode zur Trennung von kleinen Molekülen und Makromolekülen. Sie wird hauptsächlich in der Biotechnologie und der Pharmazie eingesetzt. Diese Methode trennt hauptsächlich kleine Moleküle und Makromoleküle, kann aber auch Viren, Hefen, Kolloide, Partikel usw. trennen, ohne auf diese beschränkt zu sein.
Funktionsweise des Membrantrennverfahrens
Membrantrennverfahren werden hauptsächlich durch zwei Arten von membranbasierten Filtrationsverfahren durchgeführt: Totalfiltration und Querstromfiltration.
Bei der Totalfiltrationsmethode wird das gesamte zugeführte Rohwasser gefiltert. Bei dieser Methode fällt kein Abwasser an.
Außerdem bildet das der Membran zugeführte Rohwasser Filtrationsrückstände (Reste) auf der Membran. Die Filtration erfolgt nach der gleichen Methode wie bei der allgemeinen Sandfiltration und erfordert eine regelmäßige Reinigung.
Bei der Cross-Flow-Filtrationsmethode hingegen wird das Rohwasser parallel zur Membranoberfläche geführt, wodurch sich Verunreinigungen auf der Membranoberfläche ansammeln. Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass das Rohwasser in horizontaler Richtung fließt, was ein Verstopfen der Filtermedien verhindert und zu einem höheren Permeatfluss im Vergleich zum Totalfiltrationsverfahren führt.
Arten von Membrantrennverfahren
Das Membrantrennverfahren kann in vier Haupttypen unterteilt werden, je nach Größe des zu trennenden Objekts. Die Arten des Membrantrennverfahrens sind im Folgenden in der Reihenfolge der Größe des abzutrennenden Objekts aufgeführt, vom größten bis zum gröbsten. Es gibt noch mehrere andere Membrantrennverfahren, und in diesem Thema werden Ionenaustauschmembranen und Gastrennmembranen beschrieben.
1. Mikrofiltrationsmembranen (MF)
Mikrofiltrationsmembranen, auch bekannt als Mikrofiltration, sind Membransysteme, die Partikel und Mikroorganismen von etwa 0,01 um bis zu wenigen um trennen. Mit dieser Methode werden hauptsächlich Viren, Bakterien, Algen und Schlamm abgeschieden. Zu den Anwendungsbereichen gehören Abwasseraufbereitung, Sterilisation und Trinkwasseraufbereitung.
2. Ultrafiltrationsmembranen (UF)
Ultrafiltrationsmembranen, auch bekannt als Ultrafiltration, sind Membransysteme, die gelöste Stoffe und Partikel zwischen etwa 0,1 um und 2 nm abtrennen. Mit dieser Methode werden hauptsächlich Proteine, Viren und Bakterien abgetrennt. Zu den Anwendungen gehören die Konzentration von Fruchtsäften und Milchprodukten sowie die Abtrennung oder Rückgewinnung von galvanisch abgeschiedener Farbe.
3. Nanofiltrationsmembranen (NF)
Nanofiltrationsmembranen sind Membransysteme, die Partikel und Makromoleküle von etwa einigen nm bis hinunter zu einigen zehn nm abtrennen. Mit dieser Methode werden hauptsächlich Ionen, Proteine und Viren abgetrennt. Zu den Anwendungen gehören die Konzentration von Fruchtsäften und die Aufbereitung von Trinkwasser.
4. Umkehrosmose (RO)
Die Umkehrosmose, auch Reverse Osmosis genannt, ist ein Membranverfahren, das Lösungsmittel und gelöste Stoffe von etwa 0,1 nm bis zu einigen nm trennt. Bei diesem Verfahren werden hauptsächlich Ionen und Proteine getrennt. Zu den Anwendungen gehören die Entsalzung von Meerwasser, die Konzentrierung von Fruchtsäften und Milchprodukten sowie die Reinigung von Abwässern.
5. Ionenaustauschermembranen (IE)
Ionenaustauschmembranen, auch Ionenaustauschmembranen genannt, sind Membransysteme, die selektiv den Durchgang von Kationen und Anionen zwischen etwa 0,01 um und 1 nm ermöglichen. Diese Methode dient hauptsächlich der Trennung von Proteinen, Polysacchariden, Enzymen und Antibiotika. Beispiele für Anwendungen sind die Herstellung von Salz und Natriumhydroxid.
6. Membrantrennverfahren für Gase
Membrantrennverfahren für Gase sind Membransysteme, die Gaskomponenten von etwa 1 nm bis 0,1 nm trennen. Bei dieser Methode werden hauptsächlich Ionen und Moleküle getrennt. Zu den Anwendungen gehören die Anreicherung von Enzymen und die Trennung von Methan, Kohlendioxid und Wasserstoff.