Die Erfindung betrifft eine Mikrofiltrationsmembran, eine Begasungsmembran, ein Verfahren zur Herstellung einer Mikrofiltrationsmembran, ein Verfahren zur Herstellung einer Begasungsmembran und Verwendungen von Folien aus Polymerwerkstoff.

Bei der Behandlung von Abwasser in Kläranlagen werden Membrane als Trennschicht eingesetzt. Beim Filtern dienen Membrane als Filtrationsmedium zwischen einer Per- meatseite und einer Retentatseite, bei Belüftern dienen Membrane als Trennschicht zwischen einem Luftzuführungsraum und dem Abwasser.

Eine Mikrofiltrationsmembran wird in einer Flüssigkeit zur mechanischen Trennung von Fremdstoffen verwendet. Die Mikrofiltrationsmembran kann als Flachmembran oder als Hohlfaser gestaltet sein. Flachmembranen bestehen aus einer oder mehreren Polymerschicht(en), die im Randbereich gas- und flüssigkeitsdicht miteinander verbunden sind. Dabei sind die Polymerschichten so gestaltet, dass zwischen den beiden dem Abwasser zugewandten Schichten ein Hohlraum entsteht. Die Mikrofiltra- tionsmembranen werden in Kassetten gebündelt und an ein Unterdrucksystem angeschlossen. Im Filterprozess wird durch einen Unterdruck Wasser durch die Membran gesaugt. Die in der Membran vorhandenen Poren weisen eine dem Filtrationszweck entsprechende Größe auf und halten Partikel zurück, die größer als die Porengröße sind. Allerdings können sich durch Adhäsionskräfte auch Ablagerungen auf der Retentatseite der Membran bilden, die die Poren überwuchern und eine Barriere für den Zugang zu den Poren bilden. Dieser Effekt führt zu einer Verringerung der Filterleistung bzw. erfordert eine Steigerung des Differenzdrucks über der Membran, um die abnehmende Filterleistung zu kompensieren. Um die ursprüngliche Filterleistung wieder herzustellen, ist es nötig, die Ablagerungen zu entfernen, was durch Rückspülen der Membranen von der Permeatseite zur Re- tentatseite geschehen kann. Dieser Vorgang unterbricht jedoch die Filterfunktion.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Neigung zur Bildung von Ablagerungen zu verringern, um die Zeitabstände für ein Rückspülen der Membranen zu vergrößern.

Diese Aufgabe wird bei einer Mikrofiltrationsmembran durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Durch die Behandlung der Oberfläche der Trennschicht der Mikrofiltrationsmembran mit einem fluorhaltigen Gas entsteht eine Veränderung der chemischen Struktur des Polymers. Dabei werden einzelne Wasserstoff atome durch Fluoratome ersetzt. Die Oberfläche der Trennschicht verändert so ihre Polarität und ihre Oberflächenenergie gegenüber dem Zustand ohne Fluorierung. Weist diese veränderte Oberfläche der Trennschicht zur Retentatseite, so wirkt sie antihaftend für eine Reihe von unpolaren Fremdstoffen, insbesondere für Öle und Fette. Diesen Fremdstoffen wird erschwert, in die Poren einzudringen und sich dort festzusetzen oder sich an sonstigen Stellen an der Oberfläche abzulagern. Als weitere Konsequenz wird verhindert, dass sich andere Fremdstoffe an derartigen Ablagerungen anhaften können. Außerdem hat sich gezeigt, dass Membranwerkstoffe, die von sich aus eine stumpfe oder klebrige Oberfläche aufweisen, durch Fluorieren eine glattere, antihaftende Oberflächeneigenschaft erhalten, die ebenfalls ein Anhaften von Fremdstoffen in den Poren und an der übrigen Oberfläche erschwert.

Die fluorierte Oberflächenschicht hat nur eine Schichtdicke in der Größe der Polymermoleküle und verändert lediglich die Oberflächeneigenschaften der Trennschicht ohne die Materialeigenschaften der übrigen Schicht, die durch die unfluorierte Schicht gebildet ist, zu verändern. Die Perforationsschlitze der Trennschicht sind daher mit Ausnahme eines Abschnittes, der der Schichtdicke in der Größe der Polymermoleküle entspricht, nicht an ihren Wänden fluoriert. Dadurch bleibt der in den Poren oder Per- forationsschlitzen zu überwindende Kapillardruck unbeeinflusst von der Fluorierung. Anderenfalls würden sich nämlich die Poren oder Perforationsschlitze überhaupt nicht mit Wasser benetzen lassen oder aber der zu überwindende Kapillardruck würde zu einer unerwünschten Steigerung der Druckdifferenz über der Membran führen.

Gemäß einer Weiterbildung kann die Mikrofiltrationsmembran eine flache, folienartige Ausführung sein.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Mikrofiltrationsmembran nach dem Oberbegriff des Anspruchs 3.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer Mikrofiltrationsmembran anzugeben, das ermöglicht, die Neigung zur Bildung von Ablagerungen zu verringern, um die Zeitabstände für ein Rückspülen der Membranen zu vergrößern.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Herstellung einer Mikrofiltrationsmembran durch die Merkmale des Anspruchs 3 gelöst.

Eine Trennschicht aus einem der Materialien Polyethersulfon (PES), Polyvinylidenflu- orid (PVDF) oder Polyvinylchlorid (PVC) wird auf einer Seite vorübergehend einem Kontakt mit einem fluorhaltigen Gas ausgesetzt wird, wodurch eine veränderte chemische Struktur der Oberfläche erzeugt wird, bei der einzelne Wasserstoff atome des Polymers durch Fluoratome ersetzt werden. Bei dem fluorhaltigen Gas kann es sich um ein Gemisch aus Fluor und Stickstoff handeln. Der Kontakt mit dem fluorhaltigen Gas wird nur so lange aufrechterhalten, bis die fluorierte Oberflächenschicht gerade eine Schichtdicke in der Größe der Polymermoleküle der Trennschicht aufweist. Die nötigen Parameter wie Temperatur und Zeit werden durch Vorversuche ermittelt. Nach Beendigung des Kontakts mit dem fluorhaltigen Gas wird die Trennschicht perforiert. Durch diese Reihenfolge der Verfahrensschritte wird erreicht, dass die Perforationsschlitze mit Ausnahme eines Abschnittes, der der Schichtdicke in der Größe der Polymermoleküle entspricht, nicht fluoriert sind und so in ihren Eigenschaften unverändert bleiben. Schließlich wird die Trennschicht auf ihrer nicht fluorierten Oberfläche mit der Trägerschicht verbunden.

Die Erfindung betrifft ferner eine Begasungsmembran nach dem Oberbegriff des Anspruchs 4.

Eine Begasungsmembran wird in einem Belüfter zur Trennung eines Luftzuführungsraums vom Abwasser eingesetzt. Zur Injektion von Luft in Abwasser wird komprimierte Luft über Luftzuführungsräume zugeführt und tritt durch Poren der Begasungsmembran in das Abwasser über. In Begasungspausen sorgt der hydrostatische Druck des Abwassers für ein Schrumpfen der Begasungsmembran und gleichzeitiges Schließen der Poren. Dadurch wird verhindert, dass Abwasser in die Luftzuführungsräume eindringen kann. Da in den Begasungspausen ein Differenzdruck über der Trennschicht der Membran herrscht, können Fremdstoffe, deren Durchmesser etwa in der Größenordnung der Porenöffnungen liegt, in die sich schließenden Poren eindringen und festsetzen. Ebenfalls können sich an der restlichen Oberfläche durch Adhäsion Ablagerungen bilden. Zwar werden in einer anschließenden Begasungspause ähnlich einer Rückspülung die in den Poren sitzenden oder an der Oberfläche der Membran anhaftenden Fremdstoffe zum großen Teil wieder beseitigt, durch verbleibende Reste können im Laufe der Zeit aber bleibende Verstopfungen der Poren und Ablagerungen an der Oberfläche verbleiben. Dies kann dazu führen, dass ein erhöhter Druck der komprimierten Luft erforderlich ist, um den Lufteintrag ins Abwasser aufrecht zu erhalten. Dadurch wird die Dehnbelastung auf die Membrane erhöht, wodurch diese schneller altern und Risse bilden können. Dies verhindert einen angestrebten möglichst feinblasigen Eintrag von Luft ins Abwasser und führt darüber hinaus zu einem sehr ungleichmäßigen Eintrag.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Neigung zum Verstopfen der Poren und zur Bildung von Ablagerungen zu verringern, um die elastischen Eigenschaften der Membranen über einen längeren Zeitraum zu bewahren und ein frühes Altern zu verhindern. Diese Aufgabe wird bei einer Begasungsmembran durch die Merkmale des Anspruchs 4 gelöst.

Wie bereits im Zusammenhang mit der Mikrofiltrationsmembran ausgeführt, entsteht durch die Behandlung der Oberfläche der Trennschicht der Begasungsmembran mit einem fluorhaltigen Gas eine Veränderung der chemischen Struktur des Polymers. Dabei werden einzelne Wasserstoffatome durch Fluoratome ersetzt. Die Oberfläche der Trennschicht verändert so ihre Polarität und ihre Oberflächenenergie gegenüber dem Zustand ohne Fluorierung. Weist diese veränderte Oberfläche der Trennschicht zur Abwasserseite, so wirkt sie antihaftend für eine Reihe von Fremdstoffen, insbesondere für Öle und Fette. Diesen Fremdstoffen wird erschwert, in die Poren einzudringen und sich dort festzusetzen oder sich an sonstigen Stellen an der Oberfläche abzulagern. Außerdem wird verhindert, dass sich andere Fremdstoffe an derartigen Ablagerungen anhaften können.

Die fluorierte Oberflächenschicht hat nur eine Schichtdicke in der Größe der Polymermoleküle und verändert lediglich die Oberflächeneigenschaften der Trennschicht ohne die Materialeigenschaften der übrigen Schicht, die durch die unfluorierte Schicht gebildet ist, zu verändern. Die Perforationsschlitze der Trennschicht sind mit Ausnahme eines Abschnittes, der der Schichtdicke in der Größe der Polymermoleküle entspricht, nicht an ihren Wänden fluoriert.

Die Beschränkung der Fluorierung auf die Oberfläche der Trennschicht unter Auslassung der Perforationsschlitze ermöglicht in überraschender Weise die Beibehaltung eines feinblasigen Eintrags von Luft ins Abwasser.

Gemäß einer Weiterbildung kann die Begasungsmembran eine schlauchförmige Ausführung oder eine flache, folienartige Ausführung sein. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Begasungsmembran nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung einer Begasungsmembran anzugeben, bei der die Neigung zum Verstopfen der Poren und zur Bildung von Ablagerungen verringert wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 6 durch die Merkmale dieses Anspruchs gelöst.

Eine Trennschicht aus einem der Materialien Polyethersulfon (PES), Polyvinylidenflu- orid (PVDF) oder Polyvinylchlorid (PVC) wird auf einer Seite vorübergehend einem Kontakt mit einem fluorhaltigen Gas ausgesetzt, wodurch eine veränderte chemische Struktur der Oberfläche erzeugt wird, bei der einzelne Wasserstoffatome des Polymers durch Fluoratome ersetzt werden. Bei dem fluorhaltigen Gas kann es sich um ein Gemisch aus Fluor und Stickstoff handeln. Der Kontakt mit dem fluorhaltigen Gas wird nur so lange aufrechterhalten, bis die fluorierte Oberflächenschicht gerade eine Schichtdicke in der Größe der Polymermoleküle der Trennschicht aufweist. Die nötigen Parameter wie Temperatur und Zeit werden durch Vorversuche ermittelt. Nach Beendigung des Kontakts mit dem fluorhaltigen Gas wird die Trennschicht perforiert. Durch diese Reihenfolge der Verfahrensschritte wird erreicht, dass die Perforationsschlitze mit Ausnahme eines Abschnittes, der der Schichtdicke in der Größe der Polymermoleküle entspricht, nicht fluoriert sind und so in ihren Eigenschaften unverändert bleiben. Anschließend wird die Trennschicht mit ihrer nicht fluorierten Oberfläche auf dem Trägerkörper befestigt.

Die Erfindung betrifft außerdem Verwendungen einer Folie aus Polymerwerkstoff, wobei eine der beiden Oberflächen der Folie durch vorübergehenden Kontakt mit einem fluorhaltigen Gas eine gegenüber dem übrigen Bereich der Folie veränderte chemische Struktur besitzt, bei der einzelne Wasserstoffatome des Polymers durch Fluoratome ersetzt sind. Durch die Veränderung der Polarität der Oberfläche und der Oberflächenenergie wirkt die Folie antihaftend für eine Reihe von Fremdstoffen, insbesondere unpolaren Ölen und Fetten. Diese Eigenschaft macht die Folie geeignet für die Verwendung als Mikrofiltrationsmembran und als Begasungsmembran. Bei dieser Verwendung werden die Eigenschaften der Folie genutzt, im Abwasser befindliche Fremdstoffe am Eindringen in Poren der Folie oder am Anhaften an der Oberfläche der Folie zu hindern.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, das in der Zeichnung dargestellt ist. Darin zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Mikrofiltrationsmembran in einem mit Fremdstoffen kontaminierten Abwasser und

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Membranbelüfter im Abwasser.

In Fig. 1 ist ein Querschnitt durch eine Mikrofiltrationsmembran 10 dargestellt, die ihrerseits aus einer Trennschicht 12 mit Poren 14 und einer frei durchströmt waren Trägerschicht 16 besteht. Die Trennschicht 12 weist eine fluorierte Oberflächenschicht 18 und eine unfluorierte Schicht 20 auf. Die Trennschicht 12 besteht aus einem Polymeren Kunststoff, zum Beispiel aus einem der Materialien Polyethersulfon (PES), Polyvi- nylidenfluorid (PVDF) oder Polyvinylchlorid (PVC) in Form einer Folie, die bei oder nach der Herstellung fluoriert wurde, indem sie einem Fluor-Stickstoff-Gasgemisch ausgesetzt wurde. Bei dieser Behandlung wurde die Oberfläche chemisch verändert, in dem in den Polymerketten partiell Wasserstoffatome durch Fluoratome ersetzt wurden.

Die so entstandene fluorierte Oberflächenschicht 18 besitzt nur eine Schichtdicke in der Größenordnung der Polymermoleküle und verändert lediglich die Oberflächeneigenschaften der Trennschicht ohne die Materialeigenschaften der übrigen Schicht, die durch die unfluorierte Schicht 20 gebildet ist, zu verändern. Die Änderung der Oberflächeneigenschaften der Trennschicht besteht in einer Veränderung der Polarität und der Oberflächenenergie, wobei insbesondere der polare Anteil der Oberflächenenergie erhöht wird. Diese Eigenschaft führt zu einer Barrierewirkung gegenüber unpolaren Fremdstoffen und bei den verwendeten Polymeren zu einer Verringerung der Stumpfheit und Klebrigkeit der Oberfläche, was die Tendenz zum Anhaften verringert.

Durch diese Eigenschaft werden im Abwasser vorhandene Fremdstoffe 22 daran gehindert, sich in den Poren 14 und an der übrigen Oberfläche der Trennschicht 12 festzusetzen, so dass sie auf der Retentatseite 24 verbleiben, während auf der Permeat- seite 26 von Fremdstoffen 22 gereinigtes Wasser vorherrscht.

In Fig. 2 ist ein Querschnitt durch einen Membranbelüfter dargestellt, der aus einer Trennschicht zwölf Poren 28 und einem Trägerkörper 30 besteht. Im Trägerkörper 30 sind Luftzuführungen 32 angeordnet, durch die Luft in einen Zwischenraum zwischen einer durch Überdruck abgehobenen Membran als Trennschicht gelangt und durch die Poren 28 als feinblasigen Luft 36 in Abwasser 38 übertritt.

Die Trennschicht 12 weist eine fluorierte Oberflächenschicht 18 und eine unfluorierte Schicht 20 auf. Die Trennschicht 12 besteht aus einem Polymeren Kunststoff, zum Beispiel aus einem der Materialien Polyethersulfon (PES), Polyvinylidenfluorid (PVDF) oder Polyvinylchlorid (PVC) in Form einer Folie, die bei oder nach der Herstellung fluoriert wurde, indem sie einem Fluor-Stickstoff-Gasgemisch ausgesetzt wurde. Bei dieser Behandlung wurde die Oberfläche chemisch verändert, in dem in den Polymerketten partiell Wasserstoffatome durch Fluoratome ersetzt wurden.

Die so entstandene fluorierte Oberflächenschicht 18 besitzt nur eine Schichtdicke in der Größenordnung der Polymermoleküle und verändert lediglich die Oberflächeneigenschaften der Trennschicht ohne die Materialeigenschaften der übrigen Schicht, die durch die unfluorierte Schicht 20 gebildet ist, zu verändern. Die Änderung der Oberflächeneigenschaften der Trennschicht besteht in einer Veränderung der Polarität und der Oberflächenenergie, wobei insbesondere der polare Anteil der Oberflächenenergie erhöht wird. Diese Eigenschaft führt zu einer Barrierewirkung gegenüber unpola- ren Fremdstoffen und bei den verwendeten Polymeren zu einer Verringerung der Stumpfheit und Klebrigkeit der Oberfläche, was die Tendenz zum Anhaften verringert.

Durch diese Eigenschaft werden im Abwasser 38 vorhandene Fremdstoffe 22 daran gehindert, sich in den Poren 28 und an der übrigen Oberfläche der Trennschicht 12 festzusetzen. Die elastischen Eigenschaften der Trennschicht 12 bleiben erhalten, so dass ein feinblasiger und an allen Stellen der Lüfter gleichmäßiger Eintrag von Luft ins Abwasser gewährleistet ist.

Bezugszeichenliste:

10 Mikrofiltrationsmennbran

12 Trennschicht

14 Poren, Schlitze

16 Trägerschicht

18 fluorierte Oberflächenschicht

20 unfluorierte Schicht

22 Fremdstoffe

24 Retentatseite

26 Permeatseite

28 Poren, Schlitze

30 Trägerkörper

32 Luftzuführung

34 Membranbelüfter

36 feinblasigen Luft

38 Abwasser