Ultrafiltration

Die Ultrafiltration (UF) ist primär ein von der Teilchengröße abhängiger, druckgetriebener Stofftrennprozess auf Grundlage eines Siebeffektes.

Ultrafiltrationsmembranen haben eine Porengröße zwischen 1 nm und 100 nm und sind dadurch in der Lage, Verbindungen mit einem Molekulargewicht von 300 Dalton bis 500.000 Dalton zurückzuhalten. Damit eignet sich das Verfahren typischerweise zur Rückhaltung von Biomolekülen, Bakterien, Viren, Polymeren, kolloidale Partikel und Zuckermolekülen.

Man beschreibt Ultrafiltrationsmembranen mit ihrer nominalen molekularen Ausschlussgrenze (molecular weight cutoff, MWCO). Der MWCO stellt normalerweise das kleinste Molekulargewicht dar für welches die Membran einen Rückhalt von mehr als 90% aufweist. In vielen Fällen wird das Trennergebnis jedoch nicht ausschließlich durch die Trenngrenze sondern zusätzlich durch Wechselwirkungen zwischen Membran und Rohlösung beeinflusst. Der Betriebsdruck einer Ultrafiltration ist üblicherweise zwischen 0,1 und 1 MPa, wobei zumeist eine der folgenden Aufgaben erfüllt wird:

  • Klarfiltration einer Rohlösung
  • Konzentrierung von Stoffen
  • Fraktionierung von Stoffen

Eine hinreichende Stofftrennung bei der Fraktionierung von gelösten Stoffen bzw. bei der Trennung von gelösten Stoffen und Lösemittel wird erreicht, wenn sich die Größe der Teilchen mindestens zehnfach unterscheidet. Man kann heute in nahezu allen Industriebereichen unterschiedliche Anwendungen der Ultrafiltration finden:

  • Sterilfiltration von Trink- und Getränkewasser
  • Oberflächenwasserbehandlung
  • Rückgewinnung von Filterrückspülwasser
  • Trennung von Öl/Wasser-Emulsionen
  • Rückgewinnung von Elektrotauchlacken
  • Entfernung von Metallhydroxiden in der Abwasserbehandlung
  • Abtrennung von Biomasse in der Biotechnologie
  • Abwasserbehandlung

Eine große Bedeutung kommt der Ultrafiltration bei der Sterilfiltration zu, da nur durch eine entsprechend ausgewählte Ultrafiltration ein Rückhalt >log4 bezüglich Bakterien, Viren, Legionellen und möglicherweise auch Endotoxinen erreicht werden kann. Damit stellt die Ultrafiltration das Verfahren der Wahl bei der Point-of-use-Filtration zur sicheren Gewinnung von Trinkwasser dar.

Anwendungen

  • Lebensmitteldindustrie
    • Rückgewinnung und Wiederverwendung von Säuren und Laugen aus CIP-Anlagen
    • Entsalzung und Aufkonzentrierung von Molke
    • Reduzierung von BSB/CSB im Abwasser
  • Pharmazeutische Industrie
    • Aufkonzentrieren von Antibiotika und pharmazeutischen Zwischenprodukten aus Lösemitteln oder Wasser
    • Aufkonzentrieren von pharmazeutischen Produkten aus reinen organischen Lösemitteln, wie z.B. Ethylacetat, Methanol usw.
    • Entfernen voon Farbe oder organischen Reststoffen aus Lösemitteln
  • Chemische Industrie
    • Entsalzen von Farbstoffen
    • Entfernen von Schwermetallen aus Säuren
    • Rückgewinnung von Katalysatoren aus organischen Lösemitteln
  • Textilindustrie
    • Rückgewinnung von Laugen
    • Entfärben und Kreislaufführung von Prozeßwasser
  • Metallverarbeitende Industrie
    • Rückgewinnung von Laugen und Säuren aus Beizbädern
    • Spülbadaufbereitung
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