High-Tech-Keramikfilter für die industrielle Produktion

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Keramische Membranfilter bieten gegenüber Polymermembranen erhebliche Vorteile: Sie lassen sich sehr gut regenerieren, sind (dampf)sterilisierbar und stabil gegen Chemikalien und hohe Drücke. Am Fraunhofer IGB wurde nun ein Membranmodul entwickelt, welches 29 Flachmembrankassetten zusammenfaßt und ein Scale-up erleichtert.

Flachmembran
Flachmembran-Kassettenstapel als Komponente eines Keramikmoduls für den industriellen Produktionsmaßstab.
Anlage
Anlage mit Keramikmodulen.

Keramische Membranfilter aus Aluminiumoxid bieten gegenüber den bisher verwendeten Polymermembranen erhebliche Vorteile: Sie lassen sich sehr gut regenerieren, sind problemlos (dampf)sterilisierbar und stabil gegen Chemikalien und hohe Drücke. Daher eignen sie sich optimal für den Einsatz in der Umwelttechnik, Pharmaindustrie, Biomedizin und der Lebensmitteltechnik.

Einen entscheidenden Nachteil haben Keramikfilter jedoch: Sie müssen in geeignete Modulgehäuse eingesetzt werden. Schwachpunkt der derzeit verwendeten Module ist ihre geringe Packungsdichte: Sie bieten nur einer begrenzten Anzahl Filter Platz. Deshalb steht insgesamt verhältnismäßig wenig Membranfläche zur Verfügung. Zudem bilden sich in den Modulen verstärkt Deckschichten auf der Membran. Dieses »Fouling« verringert die Filterleistung.

Dem Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB in Stuttgart ist es nun gelungen, gemeinsam mit der oberpfälzischen Firma Kerafol ein neues Kassettenmodul mit einer höheren Packungsdichte zu entwickeln. In dem Gehäuse sind 29 scheibenförmige Flachmembrankassetten auf einem Dorn aus Lochblechrohr zusammengefaßt, der gleichzeitig auch als Filtratablauf dient. Dadurch konnte die Membranfläche pro Moduleinheit auf insgesamt einen Quadratmeter gesteigert werden.

Weiterer Vorteil: Auf einem Meter Modullänge können vier Membranstapel untergebracht werden. Dabei werden die Membranstapel einzeln in das Modulgehäuse eingesetzt und fixiert. Auf diese Weise erhöht sich die Packungsdichte gegenüber Modulen mit konventionellen Multikanalelementen um den Faktor drei.

Durch die geschickte Konstruktion der Membranstapel kann die Filtrationsleistung sogar noch weiter verbessert werden. Die Höhe der Stapel wurde nämlich so gewählt, daß sie genau dem Scheibendurchmesser von 15 cm entspricht. Dadurch ergibt sich eine quadratische Anströmfläche und das Modul kann problemlos in ein Vierkantrohr eingebaut werden. Wird nun jeder zweite Membranstapel um 90 Grad versetzt im Vierkantrohr plaziert, entsteht ein geometrischer Aufbau. Diese Konstruktion erhöht den Turbulenzgrad im Modul und verbessert so die Filtrationsleistung: Denn je größer die Turbulenzen sind, desto weniger Verunreinigungen können sich auf den Membranen ablagern. Das »Fouling« wird deutlich reduziert.

Der neuartige Keramikfilter wurde für den industriellen Einsatz entwickelt. Die einzelnen Module können ausgetauscht werden. Bei Bedarf können auch mehrere Module in einem Scale-up hintereinandergeschaltet werden.