Die Ultrafiltration (UF) ist ein druckgetriebenes Verfahren der Membranfiltration, das zur Trennung von Makromolekülen, Kolloiden und suspendierten Feststoffen aus Flüssigkeiten eingesetzt wird. Sie gilt als Feinfiltrationsverfahren und liegt hinsichtlich der Porengröße zwischen der Mikrofiltration und der Nanofiltration.
Typische Porendurchmesser von Ultrafiltrationsmembranen liegen im Bereich von 1 bis 100 Nanometern (entsprechend einer Molekülmasse-Grenze von etwa 1.000 bis 500.000 Dalton).
Funktionsprinzip
Bei der Ultrafiltration wird das zu trennende Medium mit einem Druck von etwa 1 bis 10 bar durch eine halbdurchlässige Membran gepresst.
- Wasser und kleine gelöste Stoffe (z. B. Salze, Zucker, niedermolekulare organische Verbindungen) passieren die Membran und bilden das Permeat.
- Makromoleküle, Kolloide, Bakterien und Viren werden zurückgehalten und verbleiben im Retentat.
Die Trennung erfolgt vor allem nach dem Größenausschlussprinzip (Siebwirkung): Partikel, die größer als die Poren sind, können die Membran nicht durchdringen.
Eigenschaften von Ultrafiltrationsmembranen
Ultrafiltrationsmembranen bestehen meist aus Polymeren (z. B. Polysulfon, Polyethersulfon, PVDF) oder Keramikmaterialien (z. B. Aluminiumoxid, Zirkoniumdioxid).
Wichtige Eigenschaften sind:
- Hohe Rückhalteraten für Mikroorganismen und Makromoleküle
- Geringer Betriebsdruck bei gleichzeitig hohen Flussraten
- Chemische und thermische Stabilität (besonders bei keramischen Membranen)
- Einfache Reinigung durch Spülung oder chemische Regeneration
Anwendungsgebiete
Die Ultrafiltration wird in zahlreichen Branchen eingesetzt, unter anderem in:
- Trinkwasseraufbereitung (Entfernung von Bakterien, Viren und Trübungen)
- Lebensmittelindustrie (Molkeaufkonzentrierung, Gelatineklärung, Enzymrückgewinnung)
- Biotechnologie und Pharmaindustrie (Sterilfiltration, Aufkonzentrierung von Proteinen)
- Abwasserbehandlung (Vorbehandlung für Umkehrosmose, Entfernung von Öl- und Emulsionsrückständen)
Zusammenfassung
Die Ultrafiltration bietet eine effiziente und umweltfreundliche Methode zur Entfernung von Partikeln und Biomolekülen aus Flüssigkeiten. Durch ihren geringen Energiebedarf, die hohe Filtrationsleistung und die Möglichkeit der automatisierten Reinigung stellt sie ein zentrales Verfahren moderner Membrantrenntechnik dar – sowohl in industriellen Prozessen als auch in der Wasseraufbereitung.
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