Neuheit: Automatisierter Teststand für die

In der Membranproduktion muss die Per-

formance der produzierten Membranen

ständig überprüft werden. Die während

der Produktion gesammelten Proben wer-

den zur Qualitätskontrolle im Labor un-

tersucht. Im Normalfall erfolgt dies nicht

zeitnah, so dass auf die Produktion nur

rückwirkend Einfluss genommen werden

kann. Mit dem Ziel, die Messwerte bereits

während der Produktion zur Verfügung zu

stellen, wurde gemeinsam mit der Firma

MICRODYN-NADIR ein automatisierter

Membranteststand entwickelt, mit dem

bereits während der Membranproduktion

eine Qualitätskontrolle durchgeführt wird.

In der abgebildeten Anlage werden die

Parameter Wasserfluss und Rückhalt zur

Beurteilung der Performance von Flach-

membranen herangezogen.

Die Anlage wird über einen Touchscreen

bedient und ist dementsprechend beson-

ders bedienerfreundlich. Um das Bestü-

cken der Testzelle zu vereinfachen, ist die

Testanlage mit einer pneumatischen Test-

zelle ausgestattet. Der Teststand misst

nach dem Einlegen der Membran vollauto-

matisch die Parameter Wasserfluss und

Rückhalt entsprechend einer für den

Membrantyp hinterlegten Prozedur. Über

eine Ampelfunktion auf dem Bildschirm

wird dem Bediener noch während des

Testlaufes verdeutlicht, ob die getestete

Membran innerhalb oder außerhalb der

festgelegten Toleranzen liegt. Zur Doku-

mentation wird nach jeder Testprozedur

ein Testprotokoll erzeugt. Alle Sensorwerte

werden während des Testlaufs zeitlich mitge-

schrieben und gespeichert. Nach der Vermes-

sung des Membranabschnittes wird die Anlage

durch Spül- und Reinigungsschritte wieder in

den Ausgangszustand gebracht und steht ab-

hängig vom Testmedium bereits nach ca. 45

Minuten für den nächsten Testlauf bereit.

Der in den Abbildungen gezeigte Teststand ist

für Flachmembranen im Mikro- und Ultrafilt-

rationsbereich ausgelegt. Andere Membran-

bauformen (Rohr- oder Hohlfasermembra-

n e n ) u n d

Druckbereiche

sind genauso

wie die ent-

s p re ch enden

Messtechniken

zur Beurteilung

der Membran-

pe r f o rmance

realisierbar.

Newsletter Nr. 10

Neuheit: Automatisierter Teststand für die

Qualitätskontrolle in der Membranproduktion

Juli 2016

SIMA-tec® GmbH

Serviceleistungen für Industrie-, Membran– und Analysetechnik GmbH SI

MA

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New

slett

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Vogelsrather Weg 1

41366 Schwalmtal

Telefon 02163 5755140

Fax 02163 5755138

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SIMA-tec® GmbH

Abbildung 2: Der automatische Teststand

untersucht Wasserwert und Rückhalt der ge-

rade produzierten Membran und liefert inner-

halb von 30 Minuten ein Ergebnis

Abbildung 1: Durch die Testzelle mit

pneumatischem Mechanismus gelingt das

Einlegen des Teststreifens sekundenschnell

© SIMA-tec® GmbH. Alle Rechte vorbehalten.

bicontinious microemulsion)

basierter Beschichtung wer-

den die Membraneigenschaf-

ten kommerziell erhältlicher

Membranen (Ultrafiltration

(Polyethersulfon)) optimiert.

Hierbei nimmt die Hydrophi-

lie zu, während die Oberflä-

chenrauhigkeit, die Trenn-

grenze, sowie der Poren-

durchmesser abnehmen.

Durch die Einarbeitung eines

Tensids mit einer quaternären

Ammoniumgruppe erlangt die

Membran des Weiteren anti-

mikrobielle Eigenschaften. All

diese Faktoren führen schließ-

lich zu einer Reduktion der

Fouling-Affinität der Membra-

nen.

Zu Beginn der Experimente

wurde die Beschichtung noch

mittels Redox-Init iators

(Radikale werden erzeugt,

welche zur Aushärtung der

Beschichtung führen) durch-

geführt. Dies stellte sich je-

doch als äußerst langsame und

komplexe Methode heraus.

Daher wurde im nächsten

Schritt die Polymerisation

mittels Photoinitiators unter-

sucht, was eine Aushärtung

innerhalb weniger Sekunden

ermöglicht. Die Herausforde-

rung besteht hierbei in der

richtigen Kombination und

Selektion von UV-Quelle,

Wellenlänge, Bestrahlungs-

stärke, Bestrahlungszeit, Tem-

peratur, Initiatorkonzentrati-

on und Initiator-Typ für das

jeweilige Membranmaterial.

Sämtliche Parameter wurden

sowohl unter inerten

(Stickstoff-Atmosphäre, Sau-

erstoffanteil < 1%) als auch

unter nicht inerten Bedingun-

gen untersucht.

Für den direkten Vergleich

zwischen kommerzieller und

PBM beschichteter Membran

Üblicherweise werden Mem-

branbioreaktoren in der Ab-

wasserbehandlung, beispiels-

weise in der Textil- und Oli-

venölindustrie, eingesetzt.

Durch deren kompakte Bau-

weise stellen diese eine echte

Alternative zur herkömmli-

chen Abwasserbehandlung

dar. Bei der Abwasserbehand-

lung mittels Membranbioreak-

tor kann das Fouling auf der

Membranoberfläche zu einer

signifikanten Verminderung

der Permeabilität führen. Um

ein Verblocken der Membra-

nen zu verhindern, werden

daher zusätzlich zu periodi-

schen Rückspülungen chemi-

sche Reinigungen bei Bedarf

vorgesehen. Da diese zwangs-

läufig zu einem Anlagenstill-

stand führen, gilt es diese

möglichst gering zu halten

oder besser komplett zu ver-

meiden.

In Kooperation mit dem Insti-

tut für Membrantechnologie

(ITM-Italien), sowie der Uni-

versität Kalabrien (UNICAL-

Italien), forscht die Hochschu-

le Karlsruhe Technik und

Wirtschaft an einer neuarti-

gen Membranbeschichtung,

welche die Foulingeigenschaf-

ten kommerzieller Membra-

nen wesentlich verbessert.

Mittels PBM (Polymerisable

Seite 2 NEWSLETTER NR. 10

automatisierte

Versuchsanlage

Abbildung 1: SIMA-tec LSta05-2SPS

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Der

Gastbeitrag

Anti-Fouling-Membranbeschichtungen mittels UV Poly-

merisation und deren Anwendung im Membranbioreaktor

Dipl.-Ing. Stefan André Schmidt, Prof. Dr. Jan Hoinkis, Hochschule Karlsruhe Technik und Wirtschaft

Fortsetzung auf Seite 3

Abbildung 2: PBM beschichtete Membran

Abbildung 3: Kommerzielle Membran



Geringeres Fouling

durch PBM-

Beschichtung

wurde die SIMA-tec LSta05-

2SPS angeschafft. Hierdurch

ist es möglich, zwei Membra-

nen gleichzeitig auf deren Effi-

zienz hin zu untersuchen. Von

der automatischen Proben-

nahme, über die Regelung auf

konstanten TMP/Permeat-

fluss, bis hin zum „Feed and

Bleed“-Modus können zahlrei-

che Einstellungen bequem am

Touchpad vorgenommen

werden.

Zur Beurteilung der anti-

Fouling Charakteristika wer-

den die Membranen mit einer

Huminsäurelösung über einen

längeren Zeitraum bei ver-

schiedenen TMP`s (Trans-

membrandruck) gefahren.

Wie in den Abbildungen 2

und 3 dargestellt, ist der Un-

terschied der PBM Beschich-

tung zur kommerziellen

Membran bereits visuell sicht-

bar.

In Grafik 4 sind die Permeabi-

litäten einer kommerziellen

Ultrafiltrationsmembran im

direkten Vergleich mit einer

PBM beschichteten Membran

abgebildet. Bei Erhöhung des

TMP auf 2.2 bar (ca. 71 h)

sinkt die Permeabilität der

kommerziellen unter die der

PBM beschichteten Membran.

Nach Reduzierung des TMP

auf 0.5 bar steigen beide Per-

meabilitäten wieder an, je-

doch bleibt die der PBM be-

schichteten oberhalb der

kommerziellen Membran.

Drei Spülvorgänge von jeweils

einer Stunde mit deionisier-

tem Wasser führen zu einer

Permeabilitätserhöhung der

PBM beschichteten Membran.

Der neue Wert liegt oberhalb

des zu Beginn des Experi-

ments festgestellten Wertes.

Bei der kommerziellen Memb-

ran wurde dieser nicht er-

reicht.

Durch weitere Charakterisie-

rungsschritte (SEM, AFM,

MWCO, Contact Angle, Pore

Size Distribution) werden

diese Membrane dann weiter-

gehend untersucht, und an-

schließend in einem

Membranbioreaktor

für Langzeitversuche

parallel zur kommer-

ziellen Membran ver-

baut. Mittels Modelab-

wassers, welches typi-

schem Abwasser der

Textilindustrie ent-

spricht, werden beide

Membranen über

mehrere Monate hin-

weg direkt miteinan-

der verglichen (Ab-

bildungen 5+6).

Dieser Versuch hatte

bei einer Redox basier-

ten PBM Beschichtung bereits

deutlich die anti-Fouling Ei-

genschaften bei Erreichen des

kritischen Flux der kommer-

ziellen Membran gezeigt. Wei-

terhin wurden folgende Eigen-

schaften verbessert: CSB-

(+5%) und Farbrückhalt

Anti-Fouling-Membranbeschichtungen mittels UV Poly-

merisation und deren Anwendung im Membranbioreaktor (Fortsetzung von Seite 2)


(Ramazol Brilliant Blue +10%).

Während des Versuches über

6 Monate musste die kom-

merzielle Membran aufgrund

von Fouling zwei Mal ge-

tauscht werden, während die

PBM beschichtete durchge-

hend im Einsatz war. Bezüg-

lich des Energiebedarfs wurde

gezeigt, dass die PBM be-

schichtete Membran, im Ge-

gensatz zur kommerziellen,

bereits mit halber Belüftung

auskommt.

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Abbildung 4: Permeabilitäten der PBM beschichteten und kom-

merziellen Ultrafiltrationsmembran

Abbildung 5: Membranbio-

reaktor

Abbildung 6:

Parallele Langzeitversuche beider Memb-

ranen

Deutliche Steige-

rung der Leistungs-

performance der

PBM-beschichteten

Membran im

Membranbio-

Reaktor

Dieses Jahr präsentiert sich

die SIMA-tec auf der LAB-

SUPPLY in unterschiedlichen

Orten in ganz Deutschland.

Hier zeigen wir unsere Neu-

heiten aus dem Bereich der

Labortechnik und die Möglich-

keiten im Sonderanlagenbau.

Auf der LAB-SUPPLY finden

Fachleute aus den Bereichen

Umwelt-, Lebensmittel- und

Industrie-Analytik, Biochemie,

Biotechnologie, Gentechnolo-

gie, Molekular- und Zellbiolo-

gie, Medizinische Diagnostik

und Pharmakologie relevante

Ansprechpartner und kosten-

losen Expertenrat.

Die weiteren Termine und

Ausstellungsorte der LAB-

SUPPLY finden sie unten in

der Rubrik „Termine in Kür-

ze“.

Besuchen Sie uns an unserem

Ausstellungsstand. Dort kön-

nen wir gerne im Gespräch

Ihre anstehenden Projekte im

Laborbereich erörtern.

www.sima-tec-gmbh.de nicht

nur ein schickes Design, son-

dern auch neue Inhalte be-

kommen. Hier finden Sie im-

mer die aktuellsten Informati-

onen zu unseren Produkten

und Dienstleistungen.

Überzeugen Sie sich selbst!

Seit Anfang dieses Jahres hat

die Website der SIMA-tec ein

neues Gesicht und präsentiert

sich modern, informativ und

kundenorientiert.

In einer umfangreichen Ver-

jüngungskur hat die Homepa-

ge www.sima-tec.de bzw.


Neue Internetpräsenz!

Termine in Kürze:

17. August 16 LAB-SUPPLY, Dresden, nähere Infos: www.lab-supply.info

7. September 16 LAB-SUPPLY, Ludwigshafen, nähere Infos: www.lab-supply.info

5. Oktober 16 LAB-SUPPLY, Münster, nähere Infos: www.lab-supply.info

02.-03. November 16 16. Aachener Membran Kolloquium, Aachen

nähere Infos: http://www.avt.rwth-achen.de

09./10. November 16 Betriebspersonal-Schulung Membranverfahren

2-Tages-Seminar druckgetriebene Membranverfahren, Schwalmtal

nähere Infos: www.sima-tec.de

29./30. März 17 Betriebspersonal-Schulung Membranverfahren

2-Tages-Seminar druckgetriebene Membranverfahren, Schwalmtal

nähere Infos: www.sima-tec.de

LAB-SUPPLY 2016

Termine rund

um die SIMA-tec

Hierzu stehen Ihnen unsere

Mitarbeiter gerne zur Verfü-

gung. Reservieren Sie bereits

frühzeitig einen Termin, damit

Ihrem Projekt genügend Zeit

gewidmet werden kann!

Aachen - Auch auf dem 16.

Aachener Membran Kolloqu-

ium wird die SIMA-tec wieder

mit einem Informationsstand

vertreten sein. Sie finden un-

seren Stand im Foyer des

Eurogress Aachen. An unse-

rem Stand

können Sie

sich über die

n e u e s t e n

Entwicklun-

g e n i m

Bereich der

Labor- und

Pilotanlagen

f ü r d i e

M e m b r an -

und Was-

sertechn ik

informieren.

16. Aachener Membran Kolloquium 2016

Neues rund

um die SIMA-tec


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