Umkehrosmose Membrane von Lewabrane®
Umkehrosmose Membranen zur industriellen Wasseraufbereitung
Lewabrane® Umkehrosmose Membrane in 4 Zoll und 8 Zoll aus deutscher Produktion.
Hier bieten wir Ihnen eine große Auswahl an Brackwasser- und Seewasser-Membranen von Lewabrane® zur industriellen Wasseraufbereitung über Ihre Umkehrosmoseanlage.
Welche Wasseraufbereitungsverfahren haben sich etabliert und welche Vorteile bieten Lewabrane® Membranelemente?
- Wasseraufbereitung durch Umkehrosmose
- Anwendungsbereiche der industriellen Wasseraufbereitung
- Vorteile von Lewabrane® Membranelementen
- Lewabrane® kaufen – Alle Produkte aus unserem Sortiment
- Lewabrane® Topseller-Produkte aus unserem Angebot
- Lewabrane® Membranelemente für Brackwasser und Seewasser
- Wie funktioniert Umkehrosmose?
- Anwendungsbereiche der Umkehrosmose Membran
- Trinkwasseraufbereitung mittels Umkehrosmose Membrane
- Brauchwasseraufbereitung mittels Umkehrosmose Membrane
- Meerwasserentsalzung mittels Umkehrosmose Membrane
Wasseraufbereitung durch Umkehrosmose
In der Wasseraufbereitung haben sich zwei Trenntechnologien zur Entsalzung von Wasser durchgesetzt:
- Ionenaustausch und Membranverfahren
Beide Verfahren werden von Lanxess angeboten:
- Ionenaustauscherharze Lewatit® und die Umkehrosmosemembranen Lewabrane®.
Die Membranelemente der Produktfamilie Lewabrane® bestehen aus spiralförmig gewickelten Dünnfilm-Verbundmembranen, die speziell für die Wasseraufbereitung entwickelt wurden.
Die Membranchemie der Umkehrosmose und der Aufbau der Elemente sorgen für einen optimierten, kostengünstigen Betrieb in nachgeschalteten Prozessschritten, wie etwa in Mischbettfiltern.
Die wichtigsten Anwendungsbereiche der industriellen Wasseraufbereitung
Zu den wichtigsten Anwendungsbereichen in der industriellen Wasseraufbereitung gehören:
- Meerwasserentsalzung
- Herstellung von Prozesswasser, Kesselspeisewasser, Kühlwasser
- Vollentsalzung und Partikelentfernung bei der Mikrochipherstellung
- Wasserentsalzung für die Leichtindustrie (Autowaschanlagen, Wäschereien und Schiffsindustrie)
- Abwasseraufbereitung, auch im Anschluss an eine Behandlung mit einem Membranbioreaktor (MBR)
- Grundwassersanierung und -neubildung
Lewabrane®-Membranelemente werden in einer hochmodernen, vollautomatisierten Produktionsanlage in Deutschland (Bitterfeld) hergestellt.
Der Schwerpunkt der verwendeten Membranchemie liegt auf einer stark vernetzten Polyamidschicht, die eine hohe Beständigkeit gegenüber Reinigungschemikalien aufweist (sehr großer pH-Wert-Bereich) und einen höheren Rückhalt bei komplexen Salzmischungen sowie eine geringe Oberflächenladung hat. Dies reduziert die Neigung zu Fouling.
Vorteile von Lewabrane® Membranelementen
Lewabrane® Umkehrosmose Membranen sind hocheffiziente, sehr langlebige Membranelemente und bieten eine Menge Leistungsvorteile.
Leistungsvorteile von Lewabrane®-UO-Elementen:
- Geringer Salzdurchlass, für gewöhnlich liegt das Rückhaltevermögen unter Standardbedingungen bei > 99,7 % im Brackwasser
- Hohe Flussrate und damit hohe Produktivität
- Verbesserte Chemie der Barriereschichten (geringere Fracht und höhere Vernetzung) für eine geringere Tendenz zur Bildung von Filterkuchen (Fouling)
- Stabileres Salzrückhaltevermögen während der gesamten Betriebsdauer (da der Rückhaltemechanismus mehr auf der Lösungsdiffusion basiert als auf dem Rückhaltevermögen für Ionen)
- Verbessertes Rückhaltevermögen bei organischen Verbindungen
- Längere Lebensdauer ermöglicht eine seltenere und damit aggressivere Reinigung
Lewabrane® Topseller-Produkte aus unserem Angebot
Lewabrane® RO B440 LE Low Energy
Das Wickelmodul Lewabrane® RO B440 LE besteht aus einer Polyamid Kompositmembran.
Es ist speziell für industrielle Anwendungen entwickelt worden, wie die Aufbereitung von Brack- und schwach salzigen Wässern für die Kessel- und Prozesswasseraufbereitung.
Diese Umkehrosmose-Membran zeichnet sich durch einen geringeren Transmembrandruck alsLewabrane®-Produkte vom Typ HR, HF und FR aus.
Dies bewirkt einen geringeren Energiebedarf, daher die Bezeichnung LE (Low Energy).
Lewabrane® RO B085 LE 4040 Low Energy
Dies bewirkt einen geringeren Energiebedarf, daher die Bezeichnung LE (Low Energy).Lewabrane® UO Membran-Elemente sind speziell für die Behandlung von Brack- und schwach salzigen Wässern entwickelt worden und werden bei Anwendungen im industriellen Bereich sowie zur Herstellung von Trinkwasser eingesetzt.
Lewabrane® RO S400 HR High Resistant
Lewabrane® RO S085 HF 4040 High Flux
Lewabrane® Membranelemente für Brackwasser und Seewasser
Neues Lewabrane® HP-Brackwasser-Membranelement für Umkehrosmoseanlagen
Die Elemente der neuen High Performance-Reihe Lewabrane HP bestehen aus einer verbesserten Brackwassermembran für Anwendungen, bei denen ein hoher Rückhalt und Energieeffizienz wichtig sind.
Der Einsatz dieser HP-Typen ermöglicht eine hohe Qualität des produzierten Wassers bei niedrigen Betriebskosten.
Mit einem durchschnittlichen Salzrückhalt von 99,7 %, bezogen auf 2.000 ppm Natriumchlorid (NaCl) bei 15,5 bar, und hoher Permeabilität sind die neuen Produkttypen eine Weiterentwicklung der hochvernetzten Polyamidmembran, die LANXESS 2012 auf den Markt brachte.
Die Kontrolle des Grades der Polyamidvernetzung während des Produktionsprozesses ermöglicht eine kleine effektive Porengröße, die zu einem hohen Rückhalt der gelösten Stoffe führt, unabhängig von ihrer Ladung.
Durch die Optimierung des Prozesses konnte der Transmembranfluss, der so genannte Flux, verbessert werden, ohne die Permeatqualität zu beeinträchtigen. Daher kann bei hoher Flussrate ein hoher Rückhalt auch bei sich ändernden Parametern wie pH-Wert oder Salzgehalt erreicht werden.
Effizient auch bei wechselnden Temperaturen und pH-Werten
Die Umkehrosmose wird zunehmend zur Entsalzung und Reinigung von Wasser in industriellen, kommunalen und abwassertechnischen Anwendungen eingesetzt. In diesen Einsatzgebieten können sich die Parameter mitunter schnell ändern.
Die neue Reihe Lewabrane HP ermöglicht auch bei wechselnden Temperaturen und pH-Werten einen hohen Rückhalt unerwünschter Ionen.
Je nach Anwendung werden unterschiedliche Ionen als kritisch eingestuft.
Für Kesselspeisewasser ist das z.B. Kieselsäure, während bei Abwasseranwendungen Nitrat oder organische Stoffe entfernt werden müssen.
Kombinierte Prozesse in der Umkehrosmose-Technologie
Typische Anwendungen der Umkehrosmose-Technologie sind kombinierte Prozesse wie die Produktion von Kesselspeisewasser zur Stromerzeugung, Zero Liquid Discharge-Prozesse (ZLD) oder die Produktion von Reinstwasser.
Das Produkt könne aber auch in innovativen Prozessen wie der Closed Circuit Reverse Osmosis (CCRO)-Technologie eingesetzt werden, bei der sich die Zusammensetzung des Wassers mit jedem Zyklus ändert.
Der konstante Rückhalt ist dabei ein wichtiger Vorteil der neuen Lewabrane® HP-Typen.
Lewabrane® Seewassermembranen für Meerwasserentsalzungsanlagen
Die Produkte der Lewabrane® RO S Reihe (S steht hier für Seewasser) erfüllen die entsprechenden Industrienormen und übertreffen diese teils sogar. Selbst unter wechselnden Bedingungen, wie Temperaturschwankungen, unterschiedlichem Salzgehalt oder wechselhaften pH-Werten, zeigen sie hohe Salzrückhaltung, so dass Permeat in konstanter, hoher Qualität erhalten werden kann.
Wie funktioniert Umkehrosmose?
Das Medium, in dem die Konzentration eines bestimmten Stoffes verringert werden soll, ist durch eine halbdurchlässige (semipermeable) Membran von dem Medium getrennt, in dem die Konzentration erhöht werden soll.
Dieses wird einem Druck ausgesetzt, der höher sein muss als der Druck, der durch das osmotische Verlangen zum Konzentrationsausgleich entsteht.
Dadurch können die Moleküle des Lösungsmittels gegen ihre natürliche osmotische Ausbreitungsrichtung wandern.
Das Verfahren drückt sie in das Kompartiment, in dem gelöste Stoffe weniger konzentriert vorliegen.
Trinkwasser hat einen osmotischen Druck von weniger als 2 bar. Der angewendete Druck für die Umkehrosmose von Trinkwasser beträgt 3 bis 30 bar, je nach verwendeter Membran und Anlagenkonfiguration.
Für die Meerwasserentsalzung ist ein Druck von 60 bis 80 bar erforderlich, da Meerwasser mit ca. 30 bar einen wesentlich höheren osmotischen Druck aufweist als Trinkwasser.
Im Toten Meer liegt sogar ein osmotischer Druck von 350 bar vor. In einigen Anwendungen, z. B. für das Konzentrieren von Deponiesickerwasser, werden noch höhere Drücke verwendet.
Die osmotische Membran, die nur die Trägerflüssigkeit (Solvent) durchlässt und die gelösten Stoffe (Solute) zurückhält, muss diesen hohen Drücken standhalten können.
Wenn der Druckunterschied das osmotische Gefälle mehr als ausgleicht, passen die Solventmoleküle wie bei einem Filter durch die Membran, während die Verunreinigungsmoleküle zurückgehalten werden.
Im Gegensatz zu einem klassischen Membranfilter verfügen Osmosemembranen nicht über durchgehende Poren. Vielmehr wandern die Ionen und Moleküle durch die Membran hindurch, indem sie durch das Membranmaterial diffundieren. Das Lösungs-Diffusions-Modell beschreibt diesen Vorgang.
Osmotisches Gleichgewicht und Konzentratauslass
Der osmotische Druck steigt mit zunehmendem Konzentrationsunterschied.
Wird der osmotische Druck gleich dem angelegten Druck, kommt der Prozess zum Stehen. Es liegt dann ein osmotisches Gleichgewicht vor.
Ein stetiger Abfluss des Konzentrats kann das verhindern.
Beim Konzentratauslass wird der Druck entweder über einen Druckregler kontrolliert oder über einen Druckaustauscher genutzt, um den im Zulauf des Systems benötigten Druck aufzubauen. Druckaustauscher senken durch Energierückgewinnung sehr effektiv die Betriebskosten einer Umkehrosmoseanlage.[2] Der Energieaufwand pro Kubikmeter Wasser liegt bei 4–9 kWh.
Einsatz von Antiscalants
Das Auskristallisieren (Ausfallen) der Solute in den Membranen muss verhindert werden. Dies kann durch Zugabe von Antibelagmitteln (englisch antiscaling) oder Säuren erreicht werden.
Antiscalants sind hier polymere Verbindungen auf Phosphat- oder Maleinsäurebasis, welche die sich bildenden Kristallite umschließen und so verhindern, dass kristalline Ausfällungen auf der Membran entstehen können. Eine Reinigung der Membran kann dennoch erforderlich bleiben.
Vorschaltung von Filtern
Um Beschädigungen der Membran zu verhindern, können Filter vorgeschaltet werden.
Ein Feinfilter kann mechanische, ein Aktivkohlefilter chemische Beschädigungen (z. B. durch Chlor) verhindern.
Biologische Verschmutzung und Reinigung von Membrananlagen
Auch kann es nötig sein, die Anlage von biologischer Verschmutzung zu befreien, insbesondere bei der Meerwasseraufbereitung. Hier werden mittels Bioziden diskontinuierlich sich bildende Biofilme beseitigt.
Chlor wird vor allem in südlichen Ländern zur Desinfektion eingesetzt.Aufgrund der Chlorempfindlichkeit der Membranen muss es wieder aufwändig entfernt werden.
Anwendungsbereiche der Umkehrosmose Membran
Trinkwasseraufbereitung mittels Umkehrosmose Membrane
Die Umkehrosmose ist zahlreichen Aufbereitungsanlagen für Trinkwasser in Haushalten als Zwischenschritt eingeschaltet. Solche Systeme arbeiten in Abhängigkeit von der Wasserqualität mit Kombinationen aus Membranen und Filtern (verschiedene Porengrößen, Aktivkohlefilter), sowie eventuell ultraviolettem Licht zur Beseitigung von Mikroben, die durch die Filter und Membranen nicht abgehalten wurden. In einigen Systemen wird die Vorstufe des Aktivkohlefilters durch eine Zelluloseacetat-Membran ersetzt. Diese Membran wird abgebaut, sofern nicht gechlortes Wasser eingesetzt wird. Ein nachgeschalteter Aktivkohlefilter entfernt das vorher zugesetzte Chlor wieder.
Mobile Aufbereitungsanlagen werden für den persönlichen Gebrauch verkauft. Als Voraussetzung für die Funktion dieser Systeme wird ein Leitungsdruck von wenigstens 280 kPa vorausgesetzt. Solche Aufbereitungsanlagen kommen vor allem in ländlichen Regionen ohne sauberes Wasser zum Einsatz, die nicht an eine Wasseraufbereitungsanlage angeschlossen sind.
Eine weitere Einsatzmöglichkeit ist die Trinkwasserproduktion auf hoher See oder in Ländern, in denen das Leitungswasser verunreinigt ist. In der Produktion von Mineralwasser in Flaschen durchläuft das Wasser eine Umkehrosmoseanlage, um es von Verunreinigungen und Mikroorganismen zu befreien. Derartige Anlagen arbeiten mit Keimsperren, die der Osmosemembran vorgeschaltet sind. Ein Teil der Mikroorganismen passiert die Filter in Umkehrosmoseanlagen aufgrund von kleinen Rissen oder unregelmäßiger Porenweite. Solche Systeme arbeiten deshalb mit weiteren Reinigungsstufen (ultraviolettes Licht, Ozon, Sterilfiltern).
Brauchwasseraufbereitung mittels Umkehrosmose Membrane
In der Industrie wird Boilerwasser in Kraftwerken einer Umkehrosmose unterzogen, um Mineralstoffe daraus zu entfernen. Dieser Prozess soll verhindern, dass das verdampfte Wasser durch die Aufkonzentrierung Verkalkungen hinterlässt. Vorgereinigtes Brackwasser wird ebenfalls einer Umkehrosmose unterzogen und kommt auch bei der Herstellung von demineralisiertem Wasser und Aquariumwasser zum Einsatz.
Meerwasserentsalzung mittels Umkehrosmose Membrane
In den Meerwasserentsalzungsanlagen kommen auf Grund der hohen Salzkonzentration und den daraus resultierenden hohen Drücken Seewassermembranen zum Einsatz.
Für die Seewassermembranen gibt es darüber hinaus weitere Anwendungen wie Brüdenkondensat-Aufbereitung von Schlammtrocknungsanlagen und Gärrestaufbereitung in Biogasanlagen.
Wie funktioniert die Meerwasserentsalzung mit Umkehrosmose Membranen?
Bei der Umkehrosmose wird die Lösung (Meerwasser) zur Überwindung des osmotischen Druckes unter hohem Druck durch eine semipermeable Membran gepresst.
Die Membran besteht aus Polyamid, PTFE oder sulfonierten Copolymeren und hat einen Porendurchmesser von 0,5 bis 5 nm.
Diese wirkt wie ein Filter und lässt nur bestimmte Ionen und Moleküle durch.
Somit erhält man eine Auftrennung der ursprünglichen Lösung.
Durch diesen Filtrationseffekt lassen sich Salze, Bakterien, Viren, und Gifte wie Schwermetalle zurückhalten.
Der osmotische Druck steigt mit zunehmender Salzkonzentration und der Prozess würde somit irgendwann zum Stehen kommen.
Um dem entgegenzuwirken, wird das Konzentrat abgeführt.
Da das Auskristallisieren des Salzes oder der Mineralien in den Membranen verhindert werden muss, wird die Ausbeute der Umkehrosmoseanlage begrenzt.
Je nach Salzkonzentration muss aufgrund des hohen Drucks auch in optimalen Anlagen mit einem Energieaufwand zwischen 2 und 4 kWh pro Kubikmeter Trinkwasser gerechnet werden.
Wartung von Umkehrosmoseanlagen
Die Membranen einer Umkehrosmoseanlage sind nicht wartungsfrei. Belagsbildung vermindert die Permaeation der Wassermoleküle durch die Membranen. Belagsbildung kann durch mineralische Ablagerungen (Scaling), biologische Stoffe (Biofouling) oder kolloidale Partikel hervorgerufen werden.
Um dem entgegenzuwirken, ist eine chemische Reinigung der Membranen in bestimmten Intervallen notwendig.
Diese Reinigungsmittel bzw. Spülwasser sind nicht umweltverträglich und müssen separiert oder vor Rückführung ins Konzentrat (Meer) behandelt werden.
Vorfilterung von Trinkwasseranlagen
Trinkwasseraufbereitungsanlagen können je nach Art der Wasserverunreinigung mit weiteren Vorfiltern ausgestattet werden.
Grobstoffe können so bis zu einer Partikelgröße von 20 Mikrometern abgetrennt werden. Ein zusätzlicher Aktivkohlefilter scheidet organische Stoffe wie Pflanzenschutzmittel ab.
Darüber hinaus kann eine UV-Bestrahlung nachgeschaltet werden, was eine zusätzliche Sicherheitsstufe gegen Keime darstellt.
Weitere Einsatzmöglichkeiten von Umkehrosmose
Die Umkehrosmose kann auch zur Konzentrationserhöhung von gelösten Stoffen eingesetzt werden, wobei in diesem Fall die Trägersubstanz konzentriert wird z. B. bei der Herstellung von Fruchtsaftkonzentraten oder zur Verdichtung von Most in der Weinherstellung. Auch bei der Herstellung von alkoholfreiem Bier, Milchkonzentraten und Proteinpulvern kommt die Umkehrosmose zum Einsatz.