Ultrafiltration

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Die Ultrafiltration bezeichnet eine Technik zur Abtrennung von makromolekularen Substanzen und zur Aufkonzentrierung derselben.

Man unterscheidet Mikrofiltration, Nanofiltration und Ultrafiltration über den Grad der Abtrennung. Werden Partikel mit der Größe 0,5-0,1 µm abgetrennt, spricht man von Mikrofiltration, sind die Partikel 0,1-0,01 µm groß, dann bezeichnet man es als Ultrafiltration.

Die Ausschlussgrenze oder auch "Cut-off" der Ultrafiltration wird üblicherweise in Form des NMWC (Nominal Molecular Weight Cut-Off, auch MWCO, Molecular Weight Cut Off, Einheit: Dalton) angegeben. Er wird definiert als die minimale Molekülmasse eines globulären Moleküls, welches durch die Membran zurückgehalten wird. In der Praxis sollte der NMWC mindestens 20% niedriger sein als die Molmasse des abzutrennenden Moleküls.

Weitere qualitative Aussagen über die Filtration lassen sich anhand des Flux (Wasserwert) (Transmembranfluss oder Durchtrittsrate) machen. Dieser verhält sich proportional zum Transmembrandruck und antiproportional zum Membranwiderstand. Diese Größen werden sowohl von den Eigenschaften der verwendeten Membran als auch durch Konzentrationspolarisation und eventuell auftretendes Fouling bestimmt. Die Durchtrittsrate wird auf 1 m² Membranfläche bezogen. Ihre Einheit ist $l / m$ ² $h$ bar.

Eine weitere Anwendung der Ultrafiltration ist die Diafiltration. Durch dieses Verfahren kann bei einer Suspension der Puffer ausgetauscht oder die Salzkonzentration geändert werden. Es verbindet die Eigenschaften der Dialyse mit denen der Ultrafiltration. Während des Vorgangs wird dem Retentat kontinuierlich Lösungsmittel zugeführt, bis das alte Lösungsmittel vollständig über die Membran ausgetauscht ist. Sind Zu- und Abfluss angeglichen, so wird das Suspensionsvolumen nicht verändert.

Seit Einführung der neuen Trinkwasserverordnung und der damit verbundenen Grenzwerte für den Parameter Trübung, findet die Ultrafiltration immer mehr Anwendung bei der kommunalen Trinkwasseraufbereitung. Dabei wird diese Methode als Dead-End-Technik betrieben, wobei die Membran die gesamte Menge an Rohwasser in Filtrat umsetzt. Ein weiterer Vorteil dieser Methode ist die Keimfreiheit des erzeugten Filtrats, wodurch auch belastete Grundwässer nach Starkregeneinflüssen sicher aufbereitet werden können.

Ein weiteres Anwendungsgebiet der Ultrafiltration ist die Aufbereitung des Kreislaufwassers in Schwimmbädern. Ende 2002 wurde die erste Anlage mit 40 m³/h in Bad Steben in Betrieb genommen, inzwischen sind über 50 Kreisläufe mit dem neuen Verfahren ausgestattet. Die derzeit größten Anlagen stehen in der Therme Bad Aibling mit 5 Kreisläufen mit insgesamt 800 m³/h Umwälzleistung.