Microfiltratie

Principeschema

 

 

Principe- en installatiebeschrijving

Microfiltratie (of kortweg MF) is één van de drukgedreven membraanprocessen uit de reeks microfiltratie, ultrafiltratie, nanofiltratie en omgekeerde osmose. Het microfiltratieproces maakt gebruik van een membraan, een semi-permeabel materiaal, waar in het geval van microfiltratie enkel deeltjes kleiner dan 0,1 micron doorheen kunnen. Het microfiltratiemembraan kan bestaan uit verschillende materialen zoals bijvoorbeeld polysulfon, polyvinyldifluoride (PVDF), polyethersulfon (PES), ZrO2 en koolstof. De poriegrootte situeert zich tussen 0,1 en 5 micron. Doordat de poriën groot zijn in vergelijking met de andere genoemde filtratietechnieken is de druk, nodig om een vloeistof door een microfiltratiemembraan te sturen, beperkt (0,1 tot 3 bar).

Microfiltratiemembranen worden in verscheidene configuraties door de leveranciers aangeboden, elk met zijn specifieke toepassing en bijhorende voor- en nadelen. Mogelijke membraanconfiguraties zijn:

  • buisvormige membranen: capillair, holle vezel of tubulair;
  • plaatvormige membranen: vlakke plaat of spiraalgewonden.

Buiten de specifieke membraanconfiguratie kan men ook enkele bedrijfsvoeringen onderscheiden. De 2 meest gebruikte methodes zijn dead-end en cross-flow bedrijfsvoering. De namen verwijzen naar de manier waarop de voeding aan het membraan aangeboden wordt. Bij dead-end MF wordt de voeding loodrecht op het membraan gestuurd. Aan de voedingszijde van het membraan zet zich hierbij een vervuilingslaag af op het membraanoppervlak. Deze laag bevat alle deeltjes die zijn afgescheiden op basis van hun grootte (zeefwerking). Op periodieke wijze wordt deze laag weggespoeld door gedurende een korte tijd de geproduceerde vloeistof (permeaat) terug doorheen het membraan te sturen in tegengestelde zin van de stroming bij productie. De koeklaag wordt zo losgemaakt en kan afgevoerd worden. Dit noemt men semi dead-end bedrijfsvoeding

Wanneer de koeklaag te sterk is samengedrukt of te sterk kleeft aan het membraan kan het zijn dat deze terugspoeling niet voldoende meer is om de laag te verwijderen van het oppervlak. Dan dient een chemische reiniging uitgevoerd, bijvoorbeeld met javel, peroxide, zuur en base of detergent.

 

Onderstaande figuur toont schematisch de dead-end bedrijfsvoering, met M = het membraan.

 

 

Bij de cross-flow bedrijfsvoering (zie onderstaande figuur)  wordt de vloeistof langsheen het membraanoppervlak gestuurd met een bepaalde snelheid. Het permeaat kan doorheen het membraan passeren en de grotere deeltjes blijven achter in een geconcentreerde stroom (het retentaat). De koeklaag wordt in deze bedrijfsvoering continu verwijderd door de langsstromende voedingsstroom.

Specifieke voor- en nadelen

De voordelen van MF zijn:

  • lage werkingsdruk vereist;  
  • laag energieverbruik bij semi dead-end bedrijfsvoering, in vergelijking tot NF of nanofiltratie (zie technische fiche 'Nanofiltratie') of OO of omgekeerde osmose (zie technische fiche 'Omgekeerde osmose');
  • weinig manuele handelingen vereist;
  • relatief goedkoop;
  • geen energievergende fase-overgang vereist zoals bv. bij indampingstechnieken (zie technische fiche 'Indampen');
  • kwaliteit van het geproduceerde permeaat is onafhankelijk van de bedrijfsvoering.

Mogelijke nadelen van MF zijn:

  • enkel verwijdering zwevende stoffen en bacteriën (~log 5 verwijdering);
  • gevoelig aan oxidatieve chemicaliën (bijvoorbeeld salpeterzuur, zwavelzuur, peroxide en persulfaat in hoge concentraties);
  • schade kan optreden bij voorkomen van harde en scherpe partikels > 0.1 mm, waardoor voorfiltratie vereist is;
  • membraanschade bij terugspoelingen aan drukken hoger dan 1 bar.

Toepassing

Microfiltratie wordt voornamelijk als voorbehandelingsstap gebruikt bij productie van drink- en proceswater. Het heeft uitstekende eigenschappen voor verwijdering van zwevende stoffen, bacteriën en cysten. Het is een alternatief voor de klassieke zandfiltratie (zie technische fiche 'Zandfiltratie').  Verder wordt cross-flow MF toegepast in de:

  • zuivelindustrie (kaas, melk,..);
  • voedingsindustrie (klarificatie vruchtensappen, wijn, bier,…);
  • metaalindustrie (olie/water emulsie scheiding);
  • textielindustrie (effluent behandeling);
  • farmaceutische industrie (koude sterilisatie).

Ook voor toepassing van hergebruik van afvalwater wordt MF ingezet. Hierbij is combinatie met een biologische stap mogelijk in een membraanbioreactor of MBR (zie technische fiche 'Membraanbioreactor')

Randvoorwaarden

De membranen moeten beschermd worden tegen harde partikels groter dan 0,1 mm. Deze kunnen door grove voorfiltratie verwijderd worden. Verder moeten voedingsstroom en pH-condities compatibel zijn met het membraanmateriaal.

Werkingsgraad

MF kan toegepast worden voor de verwijdering van o.a. de volgende parameters:

  • zwevende stoffen (>99%);
  • schadelijke micro-organismen (bv. bacteriën, protozoa, algen, schimmels) (>99%);
  • PAKs.

Daarnaast kan MF ook toegepast worden voor het breken van emulsies.

Hulpstoffen

Voor de chemische reiniging van de MF-installatie zijn hulpstoffen zoals bijvoorbeeld javel, peroxide, zuur en base of detergenten vereist. 

Milieu-aspecten

Het concentraat afkomstig van een MF kent een hoge concentratie aan zwevend stoffen en bacteriën. Dit kan geloosd worden samen met afvalwater indien de lozingsnormen niet overschreden worden. De spoelwaters na een chemische reiniging bevatten stoffen zoals javel en gevormde AOX, peroxide, zuur en base. Deze spoelwaters mogen enkel geloosd worden naar specifieke afvalzuiveringen.

Kosten

Een typische installatiekost van microfiltratie (tubulaire membranen, PVDF) met een debiet van 25 m³/dag bedraagt tussen 25 000 en 50 000 € in functie van de kwaliteit van het voedingswater. Moeilijker te behandelen voedingswater is duurder in verwerking vanwege de keuze aan membraanmateriaal, totaal membraanoppervlak en aangepaste reinigingen van het membraan. Voor MF wordt gerekend met een gemiddelde werkingskost van 0,1 tot 0,15 €/m³ permeaat geproduceerd.

Opmerkingen

/

Complexiteit

/

Automatiseringsgraad

/

Referenties

  • Bonnélye V., Guey L., Del Castillo J., Desalination, Volume 222, Issues 1-3, 1 March 2008, Pages 59-65, 2008
  • EIPPCB, Reference Document on BAT in Common Waste Water and Waste Gas Treatment / Management Systems in the Chemical Sector, draft februari 2009 (herziening in uitvoering)
  • Mulder M., Basic Principles of Membrane Technology, Kluwer Academic Publishers, Dordrecht (NL), 1996
  • Nederlandse Membraangids, versie 2.0, 1996
  • TNAV, leverancierbevraging, 2008
  • VITO-SCT, herwerking technische fiches WASS, 2008

Versie : februari 2010

Producten en diensten: