Membranfiltration – Definition, Verfahren und Anwendungen

 

Membranfiltration ist ein physikalisches Trennverfahren, bei dem Stoffe mithilfe einer halbdurchlässigen Membran aufgrund ihrer Partikelgröße oder Molekülstruktur selektiv aus Flüssigkeiten oder Gasen entfernt werden. Sie spielt eine zentrale Rolle in der Wasseraufbereitung, Lebensmittelindustrie, Pharmaproduktion und Biotechnologie.

Was ist Membranfiltration?

Membranfiltration basiert auf dem Prinzip der physischen Trennung. Eine Membran – eine dünne, selektiv durchlässige Schicht – lässt bestimmte Moleküle passieren, während andere zurückgehalten werden. Die Trennung erfolgt ohne chemische Zusätze und oft bei niedrigen Temperaturen, was das Verfahren besonders energieeffizient und umweltschonend macht.

Arten der Membranfiltration

Je nach Porengröße und Rückhaltevermögen unterscheidet man vier Hauptverfahren:

1. Mikrofiltration (MF)

• Porengröße: 0,1 bis 10 µm
• Anwendungen: Entfernung von Bakterien, Schwebstoffen, Kolloiden
• Einsatz: Getränkeindustrie, Kläranlagen, Sterilfiltration

2. Ultrafiltration (UF)

• Porengröße: 0,01 bis 0,1 µm
• Anwendungen: Rückhaltung von Proteinen, Viren, Makromolekülen
• Einsatz: Biotechnologie, Molkereiprodukte, pharmazeutische Prozesse

3. Nanofiltration (NF)

• Porengröße: ca. 0,001 µm
• Anwendungen: Teilweise Rückhaltung von Salzen, organischen Molekülen
• Einsatz: Wasserenthärtung, Pestizidentfernung, Lebensmittelindustrie

4. Umkehrosmose (RO)

• Porengröße: < 0,001 µm
• Anwendungen: Rückhaltung nahezu aller gelösten Stoffe inkl. Salze
• Einsatz: Meerwasserentsalzung, Reinstwasserherstellung, Dialyse

Vorteile der Membranfiltration

✅ Chemikalienfrei – keine Zusatzstoffe erforderlich
✅ Energieeffizient – Trennung bei niedrigen Temperaturen möglich
✅ Modular skalierbar – einfache Integration in bestehende Systeme
✅ Hohe Trennschärfe – präzise Rückhaltung spezifischer Partikel
✅ Schonend für Produkt und Umwelt

Anwendungen der Membranfiltration

Wasser- und Abwasseraufbereitung

• Entfernung von Keimen, Mikroplastik, Schwermetallen und gelösten Stoffen
• Zentrale Technologie in kommunalen und industriellen Kläranlagen

Lebensmittel- und Getränkeindustrie

• Gewinnung und Konzentration von Milchproteinen (Molke, Casein)
• Sterilfiltration von Bier, Wein, Fruchtsäften ohne Pasteurisation

Pharma und Biotechnologie

• Zellernte, Aufkonzentrierung von Wirkstoffen
• Herstellung steriler Lösungen (z. B. Infusionen)

Chemische Industrie

• Lösungsmittelrückgewinnung, Reinstofftrennung
• Prozesswasserrecycling und Kreislaufführung

Herausforderungen und Grenzen

• Verblockung (Fouling) der Membran durch Ablagerungen → regelmäßige Reinigung nötig
• Druckverlust und Energiebedarf je nach Membrantyp
• Membranverschleiß bei aggressiven Medien oder abrasiven Partikeln
• Initialkosten höher als bei klassischen Filtrationsverfahren, aber langfristig oft effizienter

Membranarten im Überblick

Membrantyp	Trennprinzip	Porengröße	Druckbereich
Mikrofiltration	Siebwirkung	0,1 – 10 µm	Niedrig (< 2 bar)
Ultrafiltration	Sieb-/Absorptionsprinzip	0,01 – 0,1 µm	Mittel (2–5 bar)
Nanofiltration	Diffusion	ca. 0,001 µm	Hoch (4–30 bar)
Umkehrosmose	Lösung-/Diffusionsprinzip	< 0,001 µm	Sehr hoch (30+ bar)

Effiziente Trennung für saubere Prozesse

Membranfiltration ist ein unverzichtbares Trennverfahren in zahlreichen Industriezweigen. Dank ihrer Vielseitigkeit, hohen Energieeffizienz und Umweltfreundlichkeit eignet sie sich ideal für nachhaltige Produktionsprozesse, die höchste Reinheit erfordern. Ob in der Trinkwasseraufbereitung, in der Pharmaindustrie oder im industriellen Recycling – Membranen sorgen für präzise, zuverlässige und wirtschaftliche Trennprozesse.