Eine vorbekannte, gattungsgemäße Membrane als Verbundmembrane (DE 42 10 413 AI) besteht aus einem flächigen Trägerkörper mit relativ großen Durchströmöffnungen auf dem schichtweise eine Trennfunktions- schicht aufgebracht ist, die aus einem Verbund aus einem kömigen Füll- stoff und einem Bindemittel besteht.

Dabei stellt der Trägerkörper ein poröses Stützgerüst dar für eine Trenn- funktionsschicht aus gebundenem, pulverförmigen Füllstoff, wobei die Pul- verkörper und das Bindemittel so beschaffen sind, daß die Trennfunktions- schicht Durchlaßöffnungen aufweist, durch die die Trägerflüssigkeit konti- nuierlich passieren kann, wogegen die abzutrennenden Stoffe im wesentli- chen zurückgehalten werden.

Bei einer konkreten Ausführungsform einer solchen Membrane wird die Funktionsschicht bei der Herstellung in mehreren Schichten aufgetragen, wobei nach jedem Auftragen ein Trocknen und Ausheizen sowie Sintern der Schicht erfolgt. Diese aufgebrachten Schichten sind hinsichtlich ihrer

Struktur und Zusammensetzung jeweils gleich, so daß hier der schichtwei- se Aufbau nur zur Herstellung einer insgesamt größeren Schichtdicke mit einer insgesamt hinsichtlich ihrer Struktur und Zusammensetzung glei- chen Trennfunktionsschicht verwendet wird.

Allgemein sind Membranen zur Trennung von Lösungen und Suspensio- nen aus vielfältigen Membranmaterialien bekannt, die in der Regel eine gute Trennwirkung, jedoch einen geringen Flux auch bei erhöhtem Trans- membrandruck aufweisen. Unter Flux bzw. Flux-Leistung wird hier die durch die Membran durchgehende Trägerflüssigkeit in l/(m2 x h) oder m3/ (m2 x h) verstanden. Die Flux-Minderung bei niederen Überström- geschwindigkeiten bei diesen allgemein bekannten Membranen wird da- durch hervorgerufen, daß bei höheren Überströmgeschwindigkeiten ver- bunden mit hohem Reibungsverlust der Energieverbrauch stark ansteigt und daher nur niedrige Strömgeschwindigkeiten wirtschaftlich sind. Als Überströmgeschwindigkeit in m/s wird die Geschwindigkeit verstanden, mit der die die suspendierten Stoffe enthaltende Flüssigkeit über die Mem- branfläche strömt. Bei niedrigen Überströmgeschwindigkeiten neigen sol- che allgemein bekannten Membranen zu einem Fouling, d. h. zu einem Absetzen der abgetrennten Substanzen auf der Membranfläche, wodurch <BR> <BR> eineweitereungünstige MinderungdesFluxwegendesgesteigertenWider- standes erfolgt.

Mit der aus der gattungsgemäßen Membran nach der DE 42 10 413 A1 bekannten Mischung von Bindemittel und Füllstoff, insbesondere im kon- kret angegeben Verhältnis von 30% zu 70% ergeben sich grundsätzlich günstigere Bedingungen gegenüber den vorstehenden, allgemein bekann- ten Membranen hinsichtlich des inneren Fließwiderstands der Membran, welche jedoch mit steigender Anzahl der gleichstrukturierten Aufbau- schichten und damit der Schichtdicke der Trennfunktionsschicht nachteilig wieder vermindert werden. Bei dem konkret angegebenen Bindemittel Po-

lyethersulfon ergibt sich zudem noch ein Nachteil im Hinblick auf die Hy- drophilie der Membrane.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine gattungsgemäße Membran so weiterzu- bilden, daß der innere Fließwiderstand der Membrane ohne Verminderung der Rückhaltewirkung auf die abzuscheidenden Substanzen bei zugleich geringerer erforderlicher Überströmgeschwindigkeit reduzierbar und damit der Flux entsprechend vergrößerbar ist.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Gemäß Anspruch l ist die Trennfunktionsschicht aus mindestens zwei übereinanderliegend miteinander verbundenen Aufbauschichten unter- schiedlicher Struktur gebildet. Dabei enthalten die aufeinander auf den Trägerkörper aufgebrachten Aufbauschichten jeweils aufeinanderfolgend und abgestuft einen geringeren Füllstoffanteil und entsprechend höheren Bindemittelanteil im Vergleich mit einer davorliegenden Aufbauschicht. In der in einer Trennanlage eingebauten Funktionsstellung der Membran ist die Trennfunktionsschicht so ausgerichtet, daR die Aufbauschicht mit dem geringsten Füllstoffanteil mit der die abzutrennenden Substanzen enthalte- nen Flüssigkeit beaufschlagt ist und entsprechend die Aufbauschicht mit dem höchsten Füllstoffanteil zu der von diesen Substanzen getrennten Trägerflüssigkeit hin liegt.

Mit einer so aufgebauten Membrane kann abgestimmt auf den jeweiligen Einsatz der Flux gesteigert werden ohne dal3 es eine Steigerung des erfor- derlichen Transmembrandrucks im Vergleich zu bekannten Membranen bedarf. Gleichzeitig kann die notwendige Überströmgeschwindigkeit der die abzutrennenden Stoffe enthaltenden Flüssigkeit merklich ohne Ver- minderung des Flux vermindert werden.

Zudem ist bei dem erfindungsgemäßen Membranaufbau die Temperatur- stabilität der Membran bei Verwendung für den jeweiligen Anwendungsfall geeigneter Materialien, wie sie weiter unten angegeben sind, sichergestellt.

Ebenso kann bei einer geeigneten Auswahl verwendeter organischer Antei- le eine Beständigkeit gegenüber Chemikalien in der zu trennenden Flüssig- keit erreicht werden.

Eine weitere Maßnahme zur Steigerung der vorgenannten Vorteile besteht nach Anspruch 2 darin, dal3 die aufeinander aufgebrachten Aufbauschich- ten jeweils aufeinanderfolgend und abgestuft bei einem geringeren Füll- stoffanteil entsprechend auch eine geringere Korngröße der Füllstoffe auf- weisen.

Der Trägerkörper mit großporigen Durchlässen wird hier im wesentlichen als Stützgerüst für die Trennfunktionsschicht verwendet, so daß der Trä- gerkörper die Membranfunktion nicht unmittelbar beeinflußt und je nach dem verwendeten Herstellungsverfahren in die Trennfunktionsschicht in- tegriert sein kann. Für eine einfache Herstellung werden nach Anspruch 3 jedoch die Aufbauschichten nacheinander auf einer Seite des Trägerkörpers aufgebaut, wobei dann der Trägerkörper mit seinen großporigen Durchläs- sen im Einbauzustand der Membran zu der abgetrennten Trägerflüssigkeit hin weist.

Mit den Merkmalen des Anspruchs 4 wird eine Membran mit zwei Aufbau- schichten beansprucht, die mit den angegebenen Bindemittelanteilen und Füllstoffanteilen hervorragend als Ultrafiltrationsmembrane einsetzbar ist.

Die Bindemittelanteile und Füllstoffanteile sind je nach dem Verwendungs- fall innerhalb der angegebenen Gewichtsprozentgrenzen anzupassen.

In Verbindung mit einem solchen Membranaufbau aus zwei Aufbauschich- ten werden zudem vorteilhaft die im Anspruch 6 angegebenen Korngrößen

für den Füllstoff in den einzelnen Aufbauschichten verwendet. Bei diesen Kombinationen werden besonders effektiv arbeitende Ultrafiltrationsmem- brane zur Verfügung gestellt.

Wenn auf eine solche vorstehend genannte Ultrafiltrationsmembrane eine dritte Aufbauschicht mit den in Anspruch 5 angegebenen Bindemittel-und Füllstoffanteilen aufgebracht wird, die insbesondere noch die in Anspruch 7 angegebene Korngrößen für den Füllstoff aufweist, werden besonders ef- fektive Nanofiltrationsmembrane geschaffen.

Der vorstehend beschriebene Aufbau für Ultrafiltrationsmembrane und Nanofiltrationsmembrane führt insbesondere zur Ausbildung größerer Ka- näle innerhalb der Gesamtheit der Trennfunktionsschicht im Vergleich zu bekannten Membranen und führt dadurch bei hohem Flux zu einem nied- rigen erforderlichen Transmembrandruck.

Eine Erhöhung der Überströmgeschwindigkeit bei einem solchen Aufbau führt weiter zu einer Flux-Erhöhung, die sich mittels der Formel Flux Y = Fluxo e beschreiben läßt. In dieser Formel ist Re'eine modifizierte Reynoldszahl, k einProportionalitätsfaktorundFlux,derrechnerischeFluxbeider Über- strömgeschwindigkeit = 0. Durch die Erhöhung der Überströmgeschwin- digkeit wird ein Fouling ausgeschlossen und gleichzeitig die Ausbildung von Ablagerungen innerhalb der laminaren Grenzschicht minimiert und dadurch auch der sich daraus ergebende zusätzliche Filterwiderstand.

Nach Anspruch 8 kann je nach Einsatzfall insbesondere zur Erzeugung einer Umkehrosmose vorteilhaft die letzte Aufbauschicht nur aus Binde- mittel ohne Füllstoff bestehen.

Als Füllstoffe können nach Anspruch 9 je nach den Anforderungen an die Membrane, insbesondere nach Temperaturbeständigkeit, chemischer Be- ständigkeit und Druckfestigkeit in Verbindung mit der Trägerflüssigkeit und den abzutrennenden Substanzen, mit guten Ergebnissen Oxide, Kera- miken, Alaun, Graphit oder ggf. auch granulierte, feinstgemahlene Kunst- stoffe verwendet werden. Diese Füllstoffe können je nach Anwendungsfall der Membrane materialeinheitlich oder ggf. auch als Mischung eingesetzt werden.

Als Bindemittel können gemäß der Ansprüche 10 bis 15 sowohl hydrophile Polysulfone, hydrophile Polyvinilidinfluoride, hydrophile Polyaramide, hy- drophile Polyamide als auch hydrophile Polyolefine und hydrophile Poly- imide eingesetzt werden. Die Verwendung der jeweiligen Bindemittel ist dabei abhängig vom konkreten Einsatz der Membran und dabei insbeson- dere nach der Forderung nach Temperaturbeständigkeit, der chemischen Beständigkeit und der Druckfestigkeit.

Nach den Ansprüchen 16 bis 22 können als Trägermaterialien für den Membranaufbau sowohl Mikrosiebgewebe aus veredelten Metallen oder Kunststoffen, Keramikfilter oder Kunststofffilter mit großer Porenweite als auch Glasfasergewebe sowie Vliese aus textilem Material oder Kunststoff- material Verwendung finden. Auch hier hat die Auswahl der Trägermate- rialien nach den jeweiligen Einsatzbedingungen zu erfolgen.

Die erfindungsgemäRen Membranausführungen sind insbesondere bei der Abwasserreinigung mit Erfolg einsetzbar.