Naro ® Nanofiltration & Umkehrosmose

Die Nanofiltration (NF) kann einen erheblichen Anteil  von Salzen und Schwermetallen aus Industrieabwässern entfernen – insbesondere zweiwertige Ionen wie Calcium, Magnesium sowie zahlreiche Schwermetallionen. Für diese Stoffe werden in der Regel Rückhalteraten von 90 % bis 98 % erreicht.

Allerdings lässt die NF typischerweise einen Teil der einwertigen Salze, etwa Natrium- und Chloridionen, passieren. Daher erzielt sie nicht die nahezu vollständige Salzabtrennung, wie sie für die Umkehrosmose (RO) charakteristisch ist.

In der industriellen Abwasserbehandlung wird die NF dennoch breit eingesetzt, da sie eine hohe Abscheidung von härtebildenden Ionen, Schwermetallen und organischen Schadstoffen mit einem geringeren Energieverbrauch und niedrigeren Betriebsdrücken im Vergleich zur RO kombiniert.

Neuere Entwicklungen in der Membrantechnologie – darunter innovative Ladungsverteilungen – haben die Kontrolle des Salztransports und die Antifouling-Eigenschaften weiter verbessert, wodurch die NF ihre Wirksamkeit bei stark salzhaltigen und komplexen Industrieabwässern deutlich steigern konnte.

Die NF stellt daher eine kosteneffiziente und energieschonende Lösung für die partielle Entsalzung sowie die Schwermetallentfernung in industriellen Anwendungen dar – insbesondere dann, wenn keine vollständige Salzabtrennung erforderlich ist oder wenn sie in Kombination mit anderen Verfahren wie der RO zur Nachbehandlung eingesetzt wird. Sie eignet sich zudem hervorragend für das Recycling und die Wiederverwendung von industriellem Prozesswasser, wenn eine gezielte Entfernung von Ionen und eine Reduzierung organischer Schadstoffe notwendig ist.

Ja, die Nanofiltration (NF) kann Prozessströme, die Proteine und zweiwertige Ionen enthalten, reinigen, konzentrieren und filtern. Nanofiltrationsmembranen mit einem typischen Porendurchmesser von 1 bis 10 Nanometern sind sehr wirksam bei der Entfernung von zweiwertigen Ionen wie Calcium und Magnesium sowie größerer organischer Moleküle wie Proteine. Gleichzeitig lassen sie kleinere Moleküle wie Wasser und einwertige Salze passieren. Dadurch eignet sich die NF besonders für Anwendungen, bei denen gezielt bestimmte Verunreinigungen entfernt werden sollen, während andere Bestandteile im Wasserstrom erhalten bleiben.

Die Nanofiltration (NF) ist im Allgemeinen energieeffizienter als die Umkehrosmose (RO), da sie bei niedrigeren Betriebsdrücken arbeitet und somit weniger Energie verbraucht – insbesondere in Anwendungen, bei denen keine vollständige Entsalzung erforderlich ist. Die RO benötigt deutlich höhere Drücke, um nahezu vollständige Entsalzung zu erreichen, und ist daher wesentlich energieintensiver. Sie erzielt jedoch höhere Rückhalteraten gelöster Salze als die NF. Daher wird die NF bevorzugt für Teilfiltrationen mit geringem Energieaufwand eingesetzt, während die RO bei Anwendungen verwendet wird, in denen hochreines Wasser benötigt wird – trotz des höheren Energieverbrauchs.

Die drei Membranverfahren – Nanofiltration (NF), Umkehrosmose (RO) und Ultrafiltration (UF) – arbeiten nach unterschiedlichen Prinzipien und erzielen daher verschiedene Filtrationsergebnisse.

Nanofiltration (NF): Sie benötigt weniger Energie und arbeitet bei niedrigeren Drücken als die Umkehrosmose. Mit einer Rückhalterate bis zu 0,001 μm entfernt sie nicht nur feine Partikel, sondern auch bestimmte gelöste Stoffe sowie natürliche organische Substanzen. Typische Einsatzgebiete sind die Enthärtung von Wasser und die Entfernung zweiwertiger Ionen.

Umkehrosmose (RO): Dieses Verfahren erfordert einen höheren Energieeinsatz, erreicht dafür jedoch die feinste Abscheidung. Partikel bis zu 0,0001 μm werden zurückgehalten, sodass nahezu alle gelösten Substanzen entfernt werden. Die Umkehrosmose ist deshalb ideal für die Erzeugung von hochreinem Wasser.

Ultrafiltration (UF): Sie dient vor allem zur Entfernung größerer Partikel wie Bakterien, Protozoen und bestimmter Viren. Gelöste Stoffe werden jedoch nicht zurückgehalten. Die Betriebsdrücke liegen oberhalb der Mikrofiltration, jedoch unterhalb der Nanofiltration und Umkehrosmose.

Der typische Porendurchmesser von Nanofiltrationsmembranen liegt im Bereich von 1 bis 10 Nanometern.

Typische Vorbehandlungsschritte für die Nanofiltration (NF) oder Umkehrosmose (RO) umfassen:

- Sedimentfiltration zur Entfernung grober Partikel,
- Aktivkohlefiltration zur Reduzierung flüchtiger organischer Verbindungen und Chlor,
- Wasserenthärtung oder Zugabe von Antiscalants, um Belagsbildung zu verhindern,
- sowie pH-Anpassung zur Sicherstellung optimaler Membranleistung.

Zusätzlich können Mehrschichtfilteranlagen oder Patronenfilter eingesetzt werden, um Trübung und Partikelgröße weiter zu reduzieren und so die Membranen vor Fouling zu schützen. Chemische Dosiersysteme, wie Chlorierung oder Dechlorierung, können zur Kontrolle biologischen Wachstums und zur Entfernung von Oxidationsmitteln beitragen, die Membranen schädigen könnten.

Mikrofiltrations- (MF) und Ultrafiltrationsmembranen (UF) gelten insbesondere in der industriellen Wasseraufbereitung als die besten Vorbehandlungsschritte für NF- und RO-Systeme. Ihre Fähigkeit, suspendierte Feststoffe, Kolloide, Bakterien, Viren und Makromoleküle zuverlässig zurückzuhalten, stellt sicher, dass das Rohwasser frei von Partikeln ist, die sonst zu schnellem Fouling oder irreversiblen Membranschäden führen könnten.

Ja, die Nanofiltration (NF) kann wirksam für Entsalzungszwecke genutzt werden, auch wenn sie – im Gegensatz zur Umkehrosmose – keine 100 %ige Salzrückhaltung erreicht. Besonders vorteilhaft ist sie als Vorbehandlung, um Belagsbildung zu reduzieren und den Energieverbrauch zu optimieren. NF kann einen bedeutenden Anteil gelöster Salze entfernen, vor allem zweiwertige Ionen wie Calcium- und Magnesiumsulfat.

Damit stellt die NF einen Kompromiss zwischen Entsalzung und Mineralstoffrückhaltung dar – häufig mit einem geringeren Energiebedarf als die Umkehrosmose.

Die Umkehrosmose (RO) kann eine große Bandbreite von Verunreinigungen aus Wasser entfernen, darunter gelöste Salze, Partikel, Kolloide, organische Substanzen, Bakterien, Pyrogene sowie Schwermetalle wie Blei, Quecksilber und Arsen. Ebenso werden Chemikalien wie Chlor, Pestizide und bestimmte sogenannte „Ewigkeits-Chemikalien“ (z. B. PFAS) zurückgehalten.

Allerdings entfernt die RO in der Regel keine gelösten Gase wie Kohlendioxid oder Radon. Für einen vollständigen mikrobiologischen Schutz können daher zusätzliche Verfahren wie eine UV-Desinfektion erforderlich sein.

Ein hoher Druck ist für die Umkehrosmose (RO) unverzichtbar, da er den natürlichen osmotischen Druck überwinden muss, der Wasser vom Bereich niedriger zu höherer Salzkonzentration drückt.

Durch das Anlegen eines Drucks von typischerweise 55 bis 85 bar (abhängig von Salzgehalt und Temperatur des Rohwassers) werden Wassermoleküle durch eine semipermeable Membran gepresst, während gelöste Salze, Mineralien und Verunreinigungen zurückgehalten werden.

Dieser druckgetriebene Prozess kehrt den natürlichen Osmosefluss um, ermöglicht die Gewinnung von aufbereitetem Wasser (Permeat) und trennt gleichzeitig das konzentrierte Abwasser (Konzentrat/Brine) ab. Ohne ausreichenden Druck könnte das Wasser die Membran nicht durchdringen und die Schadstoffe würden nicht wirksam zurückgehalten.

Kurz gesagt: Hoher Druck ist das zentrale Prinzip der Umkehrosmose – er sorgt für die Umkehr des natürlichen Osmoseflusses, das Durchdrücken des Wassers durch die Membran und die effektive Abtrennung der Verunreinigungen.

Eine wirksame Wartung von Umkehrosmose-Membranen (RO) umfasst mehrere zentrale Maßnahmen, die an die Rohwasserqualität und die Systemnutzung angepasst werden:

-Überwachung der Systemleistung: Laufende Kontrolle von Parametern wie Durchfluss, Druck und Salzrückhaltung, um Fouling oder Membrandegeneration frühzeitig zu erkennen.
-Chemische Reinigung (CIP): Regelmäßige Reinigung der Membranen mit geeigneten sauren oder alkalischen Lösungen zur Entfernung von anorganischen Ablagerungen, organischem Fouling und Biofilmen. Die Reinigungsintervalle richten sich nach den Eigenschaften des Rohwassers und dem Ausmaß der Belastung.
-Korrekte Stilllegung und Konservierung: Während Stillstandszeiten sollten die Membranen regelmäßig gespült oder mit Konservierungslösungen behandelt werden, um mikrobielles Wachstum und Membranschäden zu verhindern.
-Einsatz von herstellergeprüften Chemikalien und Einhaltung empfohlener Protokolle: So lassen sich Membranschäden vermeiden und eine wirksame Reinigung sicherstellen.
-Vorbeugende Wartungspläne: Erstellung von Reinigungsintervallen auf Basis von Pilotversuchen und Betriebsdaten, um den Wartungsbedarf zu optimieren und die Lebensdauer der Membranen zu verlängern.

Durch die Kombination dieser Maßnahmen bleiben industrielle RO-Systeme hocheffizient, minimieren Ausfallzeiten und verlängern die Lebensdauer der Membranen.
 

Ja, Umkehrosmose-Systeme (RO) finden vielfältige Anwendungen in der chemischen, pharmazeutischen und Lebensmittelindustrie. Besonders wertvoll sind sie für die Herstellung von hochreinem Wasser, das beispielsweise in der Arzneimittelproduktion und in pharmazeutischen Laborprozessen benötigt wird.

In der Lebensmittel- und Getränkeindustrie gewährleisten RO-Systeme die zuverlässige Entfernung von Verunreinigungen und sichern damit die Produktqualität. Zudem werden sie in chemischen Anlagen zur Behandlung von Abwässern eingesetzt, wodurch eine Wiederverwendung des Wassers ermöglicht und die Umweltbelastung reduziert wird.

Die Umkehrosmose (RO) gilt allgemein als ein nachhaltiges Verfahren zur Wasseraufbereitung und -wiederverwendung. Sie trägt zur Ressourcenschonung bei, da sie hohe Rückgewinnungsraten erreicht – oft zwischen 75 % und 90 % – und den Einsatz aggressiver Chemikalien reduziert, was den Prozess umweltfreundlicher macht.

Allerdings entsteht bei der RO Konzentrat (Brine), das entsorgt werden muss, und der Energiebedarf ist vergleichsweise hoch – auch wenn neuere Anlagentechnologien deutlich effizienter arbeiten. Insgesamt unterstützt die RO ein nachhaltiges Wassermanagement, indem sie Ressourcen bewahrt und den ökologischen Fußabdruck der Wasseraufbereitung verringert.
 

Die Lebensdauer von Nanofiltrations- (NF) und Umkehrosmose-Membranen (RO) wird durch mehrere zentrale Faktoren bestimmt:

- Qualität des Rohwassers, einschließlich Gehalte an Chlor, Salzen, Mineralien, Eisen, Mangan und organischen Substanzen.
- Wirksamkeit der Vorbehandlungssysteme, wie z. B. Ultrafiltration (UF), Sediment- oder Aktivkohlefilter.
- Betriebsintensität der Anlage.
-Wartungsmaßnahmen, insbesondere regelmäßige Reinigung, Desinfektion sowie Überwachung auf Fouling oder Belagsbildung (Scaling).

Eine geeignete Vorbehandlung und konsequente Wartung können die Membranlebensdauer erheblich verlängern. Typischerweise liegt sie im Bereich von 2 bis 5 Jahren, kann jedoch in Abhängigkeit von den genannten Bedingungen variieren.