Membrantechnologie

Pulsationsfiltration in der Membrantechnik

Das vorliegende Forschungsvorhaben erzielt durch den Einsatz von pulsierenden Strömungen in der Membrantechnik eine bessere Ablösung der Deckschicht bei der Cross-Flow-Filtration. Das Verfahren verlängert die Anlagenstandzeit um das Dreifache und kann Membranfouling verhindern.

 

Zusammenfassung

Das im vorliegenden Forschungsprojekt entwickelte Verfahren (Kopplung eines Membransystems mit einem Resonanzschwingsystem) soll die Ausbeute bei Filtrationsprozessen und membrangestützter Extraktion steigern und Membranfouling und die Konzentrationspolarisation mindern. Ein weiteres Ziel der Forschungsarbeiten war die Verlängerung der Standzeit von Membrananlagen und die Einsparung von Chemikalien, Energie und Abfallströmen. Das Verfahren sieht vor, durch ein Luftpolster mit Hilfe eines Pulsators Schwingungen auf die Flüssigkeitssäule im Modul zu übertragen. Die dadurch bedingten zeitlichen Geschwindigkeitsänderungen im Feedstrom führen bei der hier verwendeten Cross-Flow-Filtration (die Membran wird tangential angeströmt, ein Teil des Zuflusses passiert orthogonal dazu die Membran) zu erhöhten Wandschubspannungen. So können auf der Membran abgelagerte Partikel zurück in den Kernstrom befördert werden (reversible Deckschicht). Im Rahmen des Projekts wurde eine Pilotanlage aufgebaut, die mit einer Modellsuspension (Quarzfeinstmehlsuspension), Bier, Hefesuspension, Monozellsuspension, Rinderalbuminlösung  und Klärschlamm bei verschiedenen Membranporendurchmessern (<0,1µm - 0,5 µm) auf ihre Funktion überprüft wurde.

Ergebnisse:

  • Im Bereich der Mikrofiltration (Porengröße >0,1 µm) liefert das Gesamtsystem gute Ergebnisse.     
  • Bei der Hefesuspension ist ein Annulareffekt erkennbar; das Maximum der Strömungsgeschwindigkeit verschiebt sich von der Kernströmung in Richtung Wand.
  • Die Biomassekonzentration in der Feedlösung hat einen signifikanten Einfluss auf die Deckschichtbildung.
  • Das Ausprägen eines oszillierenden Volumenstroms hat keine Auswirkung auf die Flockenbildung von Klärschlamm. Das Membranmodul verblockt bei der Filtration von Klärschlamm jedoch schnell und müsste für eine Beschickung mit Klärschlamm stark umgebaut werden.
  • Bei der Monozellsuspension (Saccaromyces cervesiae) kann die Deckschichtbildung fast vollständig verhindert werden.  
  • Für komplexere Suspensionen (Bier) verlängert sich die Anlagenstandzeit um das Dreifache.

Weitere Projektdaten

Projekttitel: Verbundvorhaben 'Resonante Pulsationsfiltration als nachhaltiger Verfahrensschritt in der Membrantechnik', Teilprojekt 1: Koordination und Verfahrensentwicklung

Projektnummer: 01RI0619A, 01RI0619B

Projektzeitraum: 2006 - 2009

Projektort: Deutschland (Rheinland-Pfalz, Thüringen)

Projektansprechpartner:

Herr Flindt

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Herr Pflieger

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Quelle: Technische Informationsbibliothek Hannover (TIB)