Membrananlagen – Vermeidung und Verminderung von Scaling und Fouling

Dieses VDMA-Einheitsblatt soll mit dazu beitragen, dass bei der Planung, Projektierung und dem Betrieb von Membrananlagen Maßnahmen zur Vermeidung und Verminderung von Scaling und Fouling getroffen werden. Membranverfahren haben sich in vielen Bereichen der Industrie und Kommunen zur Wasseraufbereitung und Abwasserbehandlung bewährt und sind heute fester Bestandteil von Kombinationsverfahren und Aufbereitungsprozessen.

Aufgrund unterschiedlicher Wasserzusammensetzungen und Reaktionsmechanismen kann es durch Fouling und Scaling zu Beeinträchtigungen des Anlagenbetriebes bis hin zum kompletten Ausfall von Membranlagen durch Verblockung kommen.

Leistungsabfall durch Belagbildung

Unter Fouling versteht man eine kompressible Deckschicht, die durch Ablagerung und/oder Adsorption von organischen und/oder kolloidalen Stoffen auf der Membran beziehungsweise in den Membranporen entsteht. Mit Scaling bezeichnet man Ausfällungen von anorganischen Wasserinhaltsstoffen auf und in der Membran. Mikroorganismen können irreparable Schäden an Membrananlagen verursachen. Die Art der Mikroorganismen, deren Wachstumsrate und Konzentration auf der Membran hängt hauptsächlich von kritischen Faktoren wie der Temperatur, dem pH-Wert, der Konzentration an gelöstem Sauerstoff und der Präsenz von organischen und anorganischen Nährstoffen ab.

Neben dem Salzgehalt und der Betriebstemperatur hat das Fouling-Potenzial des Rohwassers den größten Einfluss auf die Standzeit der Module und die Anlagenverfügbarkeit. Fouling in einem Membransystem reduziert die Leistung einer Membran durch Ablagerung auf der Grenzfläche und kann zum Beispiel auch durch Anlagerung von Biofilmen an den Innenwänden der Rohrleitungen, Rohrbögen und Flanschen in Rohrleitungssystemen zum Problem werden. Möglichkeiten von kolloidalem und Bio-Fouling sind zum Beispiel:

• Große Schwebstoffe: Partikel, die im ursprünglichen Feedstrom sind oder sich im Prozess entwickeln, blockieren Modulkanäle

• Kleine Kolloide: Diese können eine Fouling-Schicht bilden oder die Poren der Membran blockieren

• Makro-Moleküle: Ein gelähnlicher Kuchen wird auf der Membran gebildet, es findet Fouling in den Membranporen statt

• Kleine Moleküle: Sie können sich wie Aromaten in die Strukturen der Membran einlagern und den Wassergehalt in der Membran reduzieren, was zu einem Rückgang der Wasserqualität führen kann

• Organismen: Das Wachstum von Bakterien kann zu einem gelartigen Kuchen auf der Membran führen.

Ursache und Wirkung

Biofilmablagerungen können sich zu einem Belag entwickeln, dessen Bestandteile sich lösen und in den Membranen angelagert zu einer Vermehrung der Mikroorganismen führen können, was die Durchsatzleistung der Anlage beeinträchtigt. Wenn die gleiche Menge an zu behandelndem Wasser filtriert werden soll, muss der Betriebsdruck erhöht werden, was wiederum die Wirtschaftlichkeit beeinträchtigt und die Membranen schädigen kann. Deshalb sollte bereits im Planungsstadium das Fouling-Potenzial kritisch eingeschätzt werden.

Das VDMA-Einheitsblatt 24655 : 2009-03 beinhaltet für unterschiedliche Membranverfahren Vermeidungs- und Reinigungsstrategien. Es soll als Handlungsanleitung mit dazu beitragen, dass bereits bei der Planung und Projektierung von Membrananlagen die wesentlichen verfahrenstechnischen, anlagentechnischen und betriebstechnischen Faktoren zur Minimierung und Vermeidung von Deckschichtbildung berücksichtigt werden.

Das VDMA-Einheitsblatt kann beim Beuth Verlag bezogen werden.