Häufig gestellte Fragen zur Membranfiltration, Prozessbadpflege und Atec Filtrationsanlagen

Welche Stoffe eine Membran zurückhält, hängt von der eingesetzten Membrantechnologie ab. Mit Membranverfahren von der Mikrofiltration (MF) bis zur Umkehrosmose (RO) lässt sich theoretisch nahezu das gesamte Spektrum an Verunreinigungen – von groben Partikeln bis hin zu gelösten Salzen – entfernen.

Im Bereich der industriellen Prozessbadpflege setzt Atec jedoch überwiegend Mikrofiltration sowie Ultrafiltration bzw. in einigen Anwendungen grobe Nanofiltration ein.

Mikrofiltration (MF)

Die Mikrofiltration eignet sich insbesondere zur Entfernung von:

• Ölen und Fetttröpfchen
• Feststoffpartikeln
• Abrieb und Schmutz
• Metallhydroxiden und anderen Ausfällungen
• Bakterien

Gelöste Badchemikalien wie Reiniger, Alkalität und Tenside passieren die Membran und verbleiben im Prozessbad. Dadurch können Verschmutzungen entfernt werden, ohne die Badchemie wesentlich zu verändern.

Ultrafiltration (UF) und grobe Nanofiltration (NF)

Bei der Spülbadpflege kommen häufig engere Membranen zum Einsatz. Neben den oben genannten Verunreinigungen (Öl, Partikel,…) können diese zusätzlich zurückhalten:

• Makromolekulare organische Verbindungen
• Tenside
• Weitere größere gelöste Moleküle

Dadurch lassen sich Spülbäder häufig deutlich länger nutzen und bei Bedarf mit weiteren Aufbereitungsverfahren, beispielsweise zur Reduzierung der Leitfähigkeit, kombinieren.

Die Auswahl der geeigneten Membran erfolgt immer anhand der Zusammensetzung des Prozessmediums und des gewünschten Aufbereitungsziels.

Keramische Membranen zeichnen sich durch eine außergewöhnlich lange Lebensdauer aus. Im Gegensatz zu polymeren Membranen sind sie äußerst robust gegenüber chemischen, mechanischen und thermischen Belastungen. Das keramische Membranmaterial ist inert und reagiert daher nicht mit den meisten in industriellen Prozessen eingesetzten Chemikalien. Auch hohe Temperaturen sowie intensive Reinigungszyklen stellen für die Membranen kein Problem dar.

Bei Standardanwendungen (z.B. Entfettungsbäder und Spülbäder) gelten keramische Membranen daher üblicherweise nicht als Verschleißteil. Sofern die Membranen innerhalb ihrer Auslegungsgrenzen betrieben werden und keine mechanische Beschädigung erfolgt, können sie über viele Jahre zuverlässig eingesetzt werden. Die tatsächlich erreichbare Lebensdauer hängt von der jeweiligen Anwendung, den Betriebsbedingungen und der Art der Reinigung ab. In vielen industriellen Anlagen sind keramische Membranen jedoch ein Vielfaches länger im Einsatz als vergleichbare Membranen aus polymeren Werkstoffen. Die Kosteneinsparung in der Anlagenwartung durch den Wegfall regelmäßiger Membranwechsel ist enorm.

Membranfiltrationsverfahren wie Mikrofiltration (MF), Ultrafiltration (UF) und Nanofiltration (NF) haben sich in zahlreichen industriellen Prozessen als effiziente Lösung zur Badpflege, Standzeitverlängerung und teilweise auch zur Rückgewinnung von Wertstoffen etabliert. Ob sich eine Membranfiltration für ein bestimmtes Prozessbad eignet, hängt dabei vor allem von der Zusammensetzung des Bades und den zu entfernenden Verunreinigungen ab.

Grundprinzip der Membranfiltration

Bei der Membranfiltration werden unerwünschte Stoffe aufgrund ihrer Größe vom Prozessmedium getrennt. Die Membrane hat eine feste Porengröße, die die Trenngrenze klar definiert. Dadurch können Verunreinigungen kontinuierlich entfernt werden, während gewünschte Badbestandteile im Prozess verbleiben (z.B. Reiniger, Tenside, etc.).

Entfettungsbäder / Reinigungsbäder

Entfettungsbäder gehören bei Atec zu den häufigsten Anwendungen der Membranfiltration.

Während des Reinigungsprozesses gelangen kontinuierlich Öle, Fette und auch Partikel in das Reinigungsbad. Durch Mikro- oder Ultrafiltration lassen sich diese Schmutzstoffe zuverlässig aus dem Bad entfernen. Die Reinigungslösung verbleibt dabei weitgehend im Prozess. Die Standzeit des Bades verlängert sich oft deutlich und die Qualität des Waschprozesses verbessert sich.

Spülbäder nach Entfettung

Spülbäder nach Entfettungsbädern werden durch Schmutzstoffe und Badchemikalien belastet, die über die Bauteile, Warenträger, Transportbänder, o.Ä. aus der Entfettung in das Spülbad verschleppt werden. Damit wird klar: Oft beginnt die beste Spülbadpflege bei der Pflege des Entfettungsbades. Ein sauberes und gut gepflegtes Entfettungsbad verringert die Verschleppung von Verschmutzungen in die Spüle enorm.

Wenn das eigentliche Spülbad aufbereitet werden soll, kann man hier oft engere Membranen verwenden. Mit diesen können dann neben den üblichen Verschmutzungen auch verschleppte Tenside abgetrennt werden. In manchen Fällen kann die Membranfiltration noch mit weiteren Verfahren kombiniert werden (z.B. zur Senkung der Leitfähigkeit).

Beizbäder

In sauren oder alkalischen Beizprozessen kann die Membranfiltration typische Verschmutzungen entfernen:

• Metallhydroxide
• Sonstige Reaktionsprodukte
• Öle und sonstigen Schmutzstoffe

Durch die kontinuierliche Entfernung dieser ungelösten Stoffe, kann die Aktivität der Beize verbessert und ihre Standzeit verlängert werden.

Aluminiumbeizen: Chemisch Fräsen und Werkzeugbeizen

Eine oft technisch und wirtschaftlich interessante Anwendung ist die Aufbereitung von sehr stark belasteten alkalischen Aluminiumbeizen. Die am stärksten belasteten Beizen sind typischerweise chemische Fräsbäder und Beizbäder zur Reinigung von Strangpressmatrizen.

Spülbäder nach Beize

Die Spüle nach der Beize wird durch das verschleppte Beizmedium (sauer oder alkalisch) und verschleppte Verschmutzungen belastet. Damit gilt auch bei diesen Spülbädern: Eine per Membranfiltration gut gepflegte Beize vermindert Verschleppungen in das Spülbad.

Entsprechend den Anforderungen der spezifischen Anwendung können die Spülen rein per Membranfiltration oder mit Kombiverfahren aufbereitet werden.

Sealingbäder

Nach dem Eloxieren von Aluminium werden die offenen Poren des Materials in heißen Sealingbädern verschlossen. Diese Bäder haben oft eine geringe Standzeit (ca. 1 Woche), da Ausfällungen zu Schlieren und Flecken auf den Bauteilen führen. Durch gelegentliches Abkühlen des Bades (z.B. über Nacht) wird das Problem noch verstärkt.

Hier bietet die Membranfiltration die ideale Lösung. Ausfällungen werden kontinuierlich und zuverlässig aus dem Medium entfernt. Eine gelegentliche Abkühlung kommt der Membranfiltration dabei sogar entgegen, weil gelöste Feststoffe beim Erkalten des Bades ausfallen und abfiltriert werden können. Bei Sealingbädern ist durch die Membranfiltration eine enorme Standzeitverlängerung möglich (z.B. 6 Wochen, statt 1 Woche).

Weitere Bäder

Es gibt eine Vielzahl weiterer Prozessbäder und Prozessmedien, die ebenfalls sinnvoll per Membranfiltration aufbereitet werden können. Beispiele sind Elektrolyte aus ECM-Prozessen, bestimmte Phosphatierbäder und das Prozessmedium aus Gleitschleifanlagen.

Herkömmliche Ölabscheider basieren auf der Trennung von Öl und Wasser per Schwerkraft. Das weniger dichte Öl schwimmt im dichteren Wasser auf. Damit dieser Prozess sauber funktioniert, muss das Medium ausreichend Verweilzeit im Ölabscheider haben. Dieser muss also eine gewisse Mindestgröße haben. In der Regel gilt, je besser der Ölabscheider funktionieren soll, desto größer muss dieser sein. Platz ist in Industriebetrieben jedoch oft stark limitiert.

Ein weiterer limitierender Faktor ist die Badchemie bzw. der Reiniger. Wenn ein demulgierender Reiniger eingesetzt wird, was bei den meisten Entfettungsbädern der Fall ist, dann ist es für einen Ölabscheider nahezu unmöglich, das Bad vom Öl zu befreien. Der Reiniger hält das Öl emulgiert, d.h. es schwebt sehr stabil als kleine Tröpfen im Wasser.

Der Vorteil der Membranfiltration ist, dass die Trennung durch die Porengröße der Membrane stattfindet. Diese ist klar definiert und ändert sich nicht. Das Wasser und der Reiniger können die Poren passieren, während das Öl sowie Partikel zurückgehalten werden. Dieser Prozess ist unabhängig von Reiniger, Temperatur und auch von der Öl- bzw. Schmutzkonzentration. Das erzeugte Filtrat ist immer öl- und trübungsfrei.

Damit ist die Membranfiltration gegenüber Ölabscheidern das robustere und zuverlässigere Verfahren für die Pflege von Reinigungsbädern. Diese Vorteile haben sich in den letzten Jahren durch den Einsatz robuster keramischer Membranen weiter gesteigert.