Die Evolution von der Reinigung zur Pflege

Die keimfreie Sauberkeit von Membran-Filtrationsanlagen sicherzustellen ist eine komplexe Wissenschaft. Lernen Sie in dieser Zusammenfassung die wichtigsten Aspekte kennen, die es Ihnen erlauben, eine kostspielige Notwendigkeit in eine nachhaltige Investition umzuwandeln.

Die Evolution von der Reinigung zur Pflege

Membranfiltration

Trennung von Rohstoffen in molekulare Bestandteile
Filtration bedeutet Verschmutzung
Verschmutzung beeinträchtigt die Leistung

Ohne Reinigung ist kein Membranverfahren möglich und die Reinigung stellt eine Schlüsseltechnologie innerhalb der Membrantrenntechnik dar.
Die Halag hat in den letzten Jahren viel in die Entwicklung moderner Methoden für die Werterhaltung von Membrananlagen durch spezifische und innovative Reinigungsverfahren investiert.

Membranfiltration bedeutet Verfahrensvielfalt

Membrananlagen scheinen einfach aufgebaut zu sein. In Wirklichkeit handelt es sich jedoch um extrem leistungsfähige Systeme, die mit sehr hohem Durchsatz, Mischungen auf der Ebene von Molekülen zu trennen vermögen.

Die Halag befasst sich mit der Lösungsentwicklung für all diese 4 Techniken und erarbeitet sich detaillierte Kenntnisse über deren Anwendung, aber auch die Problematiken, die aus der Nutzung dieser Verfahren resultieren.

Es geht uns vor allem darum, für die konkreten Kundenapplikationen, d.h. für die spezifischen, bei einem Anwender eingesetzten Membranen und angewendeten Trennungsverfahren, die bestmöglichen Reinigungsstrategien zu erarbeiten.

Fouling – Herausforderungen

Filtration bedeutet Anlagerung von Molekülen auf und in der Membran
Strömungstechnik beeinflusst den Aufbau der Fouling-Schicht
Reversibles Fouling = Konzentrationspolarisation
Irreversibles Fouling = Protein-Gel

Warum gelten für hygienisch reine und optimal funktionierende Membrananlagen andere Massstäbe an die Reinigungsstrategie, als dies z.B. bei der konventionellen CIP-Reinigung der Fall wäre?

Während der Filtration lagern sich Moleküle auf und in der Membran an. Auf der Membran bildet sich eine nur wenige Mikrometer dicke Grenzschicht. Diese Grenzschicht ist von entscheidender Bedeutung für die Leistung der Membran, weil sie primär auf den Massenstrom durch die Membran wirkt. Neben dieser bekannten Oberflächenverschmutzung lagern sich aber ebenfalls Moleküle in den Poren der Membran ab, die ebenfalls einen entscheidenden Einfluss auf den Filtrationsprozess haben. Die Ablagerungen in den Poren sind in erster Linie für ein verändertes Rückhaltevermögen der Membran verantwortlich, weil sie die Ladung und die Oberflächeneigenschaften der Membran verändern. Dadurch verändern sich die Filtrationseigenschaften der Membran, und damit das mögliche Resultat der gesamten Filtrationsanlage. Fouling ist ein natürliches, nicht vermeidbares Phänomen der Filtration.

Praktisch alle Membranen – in allen Anwendungen – unterliegen einem Fouling. Wir unterscheiden reversibles und irreversibles Fouling, basierend auf der Grundlage wie fest die Moleküle sich anlagern.

Konvektion und Rückdiffusion kommen nach einer bestimmten Zeit in ein Gleichgewicht.
Die Wandkonzentration (Cwall) ist viel grösser als die Konzentration im Kernstrom (Cbulk) !

Mit dem Fortschreiten der Filtration werden immer mehr Moleküle an die Membran heran transportiert. Dort werden die grösseren Moleküle zurückgehalten. Sie bauen eine zweite Schicht auf der Membran auf. Den dynamischen Aufbau dieser Schicht nennt man Konzentrationspolarisation. Die Konzentrationspolarisation wirkt auf die Leistung und den Rückhalt der Filtration.

Dieser Effekt ist dadurch erkennbar, dass der Durchsatz des Permeates in den ersten Minuten des Filtrationsprozesses zurückgeht.

Trotz ihrer sehr geringen Stärke von nur ein paar Mikrometern, ist der Einfluss der Fouling Schicht auf die Filtration enorm. Durch diese Fouling-Schicht wird die Leistung der Anlage, also der Durchsatz an Permeat, sehr stark heruntergesetzt, da sie wie eine zusätzliche Filtrationsschicht wirkt.

Diese weitere Schicht erhöht den Rückhalt von anderen Molekülen, was ein unerwünschter Effekt sein kann. Fouling lässt sich nicht vermeiden, kann aber durch geschickte Strategien der Reinigung, geeignete Auswahl der Membran und gut abgestimmte Betriebsbedingungen minimiert werden.

Wasser als Trägermaterial
Enorme Flächen
Anlagenbezogene Konzentrationsbestimmung / Flottenverhältnis
Menge pro Oberflächeneinheit
Reinigung der Oberfläche und der Membranporen
Empfindlichkeit des Membranmaterials
Keine visuelle Begutachtung möglich
Bedarf der Feuchthaltung fördert Bakterienwachstum
Nur die Filtrationsleistung gibt Aufschluss über Reinigungsleistung

Bei der nachhaltigen Membranpflege geht es um die Entfernung der irreversiblen Gelschicht durch den gezielten Einsatz von Reinigungschemie. Beim Eintragen von chemischen Reinigungsmitteln gibt es bei Membrananlagen aber einschränkende Bedingungen.

Der Sinner‘sche Kreis

Dr. Herbert Sinner, ehemaliger Leiter der Tensidchemie bei Henkel in Deutschland, erkannte bereits Ende der 1950er-Jahre, dass es insgesamt vier Faktoren gibt, die das Reinigungsergebnis massgeblich beeinflussen.

Aus dem von ihm entwickelten sogenannten Sinner‘schen Kreis leitet sich der Schluss ab, dass die Faktoren Zeit, Temperatur, Mechanik und Chemie in enger Abhängigkeit zueinanderstehen.

Um die kostenrelevanten Faktoren Zeit (Produktionsausfall) und Temperatur (Energiekosten) senken zu können, kann nur dem Faktor Chemie besondere Beachtung geschenkt werden, da der Faktor Mechanik, anlagebedingt nur in geringem Masse variabel ist.
Es geht hier aber nicht um eine reine Mengen- oder Konzentrationserhöhung der Reinigungschemie. Es geht vor allem um die Auswahl eines Reinigers oder der Kombination an Reinigern, die dem Verschmutzungsprofil angepasst sind.

Konfektionierte Reiniger

Die chemische Reinigung ist also die wichtigste Massnahme zur Entfernung der Rückstände, welche als unerwünschte Substanzen aus der Filtration resultieren – also der Beseitigung des irreversiblen Foulings.

Die Vielzahl von Reinigungschemikalien bietet einen Baukasten von fast unerschöpflichen Möglichkeiten das Fouling zu entfernen. Jedoch ist es – wie bei jeder guten Rezeptur – wichtig, die Wirkungsweise aller Inhaltsstoffe genau zu kennen und auch mögliche Wechselwirkungen nicht ausser Acht zu lassen. Per Definition gilt eine Membran wieder in ihren ursprünglichen Zustand zurückversetzt, wenn die Moleküle der Filtrationsrückstände auf bzw. in ihr nicht mehr nachweisbar sind.

Die Bestandteile und Inhaltsstoffe des Wassers können aber die Wirksamkeit der Reinigungskomponenten drastisch verändern.

Aufgrund der nur wenige Nanometer im Durchmesser messenden Kanäle bzw. Poren in der Membran können im Wasser befindliche Mineralien (Härtebildner) oder Mikroorganismen diese blockieren. Somit wird den im Wasser gelösten Reinigungschemikalien der Zugang zu den dort zu entfernenden (Schmutz-)Molekülen verwehrt.

Wirksamkeit der Inhaltsstoffe

Positive Synergien verschiedener Inhaltsstoffe nutzen
Steigerung der Reinigungskraft durch Kombination
Wechselwirkungen können unerwünschte Effekte hervorrufen

In Bezug auf die Chemie selber gibt es aufgrund der hoch komplexen und vor allem stets variablen Zusammensetzung der Rückstände, kein universelles Reinigungsmittel, das in der Lage wäre, alle Arten von Rückständen erfolgreich zu entfernen.

Die meisten Reiniger gelangen in Form konfektionierter Mischungen zum Einsatz. Ob diese aber erfolgreich eingesetzt wurden, muss bei der Membranpflege gesondert betrachtet werden.

Die Tatsache, dass im Spülwasser keine Rückstände mehr nachweisbar sind, ist kein Indiz für die Sauberkeit der Membran und Anlage. Hier besteht ein grosser und entscheidender Unterschied zur CIP: bereits kleinste Mengen von Rückständen auf oder in der Membran ändern ihre Trenneigenschaften und damit ihren verfahrenstechnischen Nutzen.

Bei einer erfolgreichen Membranpflege wird der Ursprungszustand der Membran in Bezug auf ihre Trenneigenschaft wiederhergestellt. Gerade konfektionierte Reinigungsmittel können über die Zeit die Membranen schädigen, oder machen sie sogar anfälliger für Verschmutzungen, da sie nicht auf das individuelle Anlagenkonzept und den sich wechselnden Verschmutzungsprofilen hin ausgelegt sind.

Additivkonzept

Massgeschneiderte Reinigerzusammensetzung

Grundstoffe z.B. Natronlauge im Bulk
Ergänzung durch Additive
«so viel wie nötig, aber nicht mehr»

Ihr Mehrwert

Massgeschneiderte Inhaltsstoffe und Konzentrationen
Reduktion Verpackung durch Bulk-Transport

Aus diesen Gründen hat es sich bewährt, anstatt als Universalmittel propagierte, fertig konfektionierte Reiniger, nur die zur Entfernung der jeweils vorliegenden, unerwünschten Rückstände geeigneten Reinigerkomponenten vor Ort beim Kunden einzusetzen. Leistungsfähige Additive und die Reinigung unterstützende Komponenten sowie die Membranen pflegende Komponenten können somit jederzeit und in unterschiedlichster Konzentration zusammengestellt werden, um ein optimales Ergebnis zu erzielen.

Reinigungszyklen

Individuelle Verfahren

Das Wissen des Was, Wieviel und Wann
Zusammenspiel von Ablauf und Inhaltsstoffen
Optimierung der Kosten ohne Kompromisse der Hygieneanforderungen
Auf Basis der lokalen Gegebenheiten
Verfahrenstechnik & Hygiene Know-how
Durch Labor- und Pilotanlage validiert
Verwendung von Additiven

Neben der offensichtlichen Notwendigkeit, mit individuellen chemischen Einzelkomponenten in variabler Konzentration auf die unterschiedlichen Verschmutzungsprofile einzugehen, ist der Kostenfaktor für den Transport von konfektionierten Reinigern nicht ausser Acht zu lassen.

Chemikalien und Wasser werden in abwechselnder Sequenz eingesetzt. Dabei ist die Reihenfolge des Einsatzes von entscheidender Bedeutung. Das Know-how der Halag als besteht in dem Wissen des Was, Wieviel und Wann.

Der klassische Reinigungszyklus, ähnlich einem Waschprogramm einer Haushaltswaschmaschine, kann hier aber nicht zum gewünschten Erfolg führen, da der Ablauf der Reinigung bereits im Voraus festgelegt wurde.

Aufgrund der vorgängig geschilderten Besonderheiten und speziellen Anforderungen bei der Reinigung von Membrananlagen ist hier aber eine flexible Vorgehensweise nötig.

Da kaum eine Membrananlage der anderen in Bezug auf Volumen, Membrangeometrie und -material gleicht und die Anforderungen in Bezug auf die Reinigung in jedem Betrieb und je nach Anwendung verschieden sind, ist es unumgänglich, zunächst eine exakte Bestandsaufnahme durchzuführen und eine den Anforderungen entsprechende Reinigungsstrategie festzulegen.

AMC Entwicklung und Validierung

Labor Membrananlage

Die Halag hat ein spezielles Konzept zur Membranpflege unter der Abkürzung AMC^TMetabliert. Zum Additive Membrane Care^TM-Konzept zählen:

Selbst entwickelte Labor- und Pilot-Membrananlagen zur praxisgerechten Simulationen der Kundenbedingungen für die Erarbeitung nachhaltiger Reinigungskonzepte.
Das Testen aller am Weltmarkt erhältlichen Membranen ist möglich.
Die anwendungstechnische und chemisch-technologische Untersuchung der Zusammenhänge zwischen Milchprodukt, Filtration und Reinigung.
Versuchsanordnungen mit variabler Reihenfolge der Reinigungsmittel, ihre Konzentration, Temperatur sowie Verweilzeit.

Bei der Durchführung von definierten Verschmutzungen der Membranen und bei der Ausarbeitung von Reinigungsprofilen stellen wir täglich die Wirkungsweise von konfektionierten Reinigern der Anwendung des Additivkonzeptes gegenüber.

Hierbei stellen wir eine stetig steigende Zahl von Anwendungsfällen fest, in denen das Vorgehen mit konfektionierten Reinigern nicht die gewünschten Resultate erzielt. Wenn die Komponenten nacheinander und in wechselnden Konzentrationen zugegeben werden, lassen sich deutlich bessere Ergebnisse erzielen.

Chemikaliendosierung

Die Halag stellt bereits heute ein breites Sortiment an Additiven zur Verfügung und baut dieses anhand von konkreten neuen Anforderungen stetig aus. Für die optimale Anwendung der Additive erhalten die Kunden von der Halag die für ihre Anwendungen und Membrananlage bestgeeigneten Additive, zusammen mit den dazu zugehörigen Anwendungsanleitungen.

Das verfahrenstechnische Know-how der Halag Chemie erlaubt uns, die Auswahl geeigneter Sensoren vorzunehmen, die für das jeweilige Verfahren und der Anlagenkonzeption entsprechend die Ist-Situation exakt abbilden. Nur anhand der Kenntnis der sich stetig verändernden lokalen Situation kann kontinuierlich die optimale Rezeptur und Mischung der Additive mit Säure und Lauge situationsbedingt bestimmt werden.

Additive Membrane Care AMC

AMC ist eine neuartige Technologie, die die Membranpflege exakt, einfach und wirtschaftlich gestaltet.

Bei AMC wird die Zugabe der Additive vor Ort anhand einer Software mit abgespeicherten Verschmutzungs- und Reinigungsprofilen in Form von Erfahrungsmodellen ermittelt. Die Zuführung der Additive erfolgt über direkt gesteuerte Dosierpumpen zu den Anlagen, wo sie direkt in die laufenden Reinigungsprogramme zugegeben werden. Bei der Umrüstung von bestehenden Anlagen auf AMC muss am bestehenden SPS-Programm wenig geändert werden, die Sequenzen bleiben dieselben. Nur wird innerhalb der einzelnen Sequenz die Rezeptur angepasst. AMC ist die logische, konsequente Weiterentwicklung und eine Verbesserung von bestehenden Lösungen.

Neben der stets optimalen Reinigung, also Pflege der Membranen, bietet AMC den weiteren Vorteil, dass über die kontinuierliche Auswertung der Membranleistung zusätzlich ein dynamisches Bild der Prozesse abgebildet werden kann. Dies bietet neue Einsichten und eröffnet weitere Optimierungspotentiale.

Zusammenfassend lässt sich sagen, AMC ermöglicht durch die Gewinnung von relevanten Informationen während der Filtration eine nachhaltige Reinigung und Pflege von Membrananlagen. Dies basierend auf dem Einsatz von individuellen Sensoren und rechnerbasierten Modellen. Damit folgen wir dem Trend, in Industriesysteme eingebettete Sensoren als direkten Zugang zu technischen Informationen zu nutzen. Richtig umgesetzt lassen sich dadurch die Risiken einer schlechten oder falschen Reinigung senken.

Reinigungsstrategien auf Basis individueller Situationen

AMC liefert die richtige Kombination und Menge an Chemikalien.
AMC reagiert auf die spezifischen, sich zeitlich ändernden Bedingungen.
AMC erlaubt die bestmögliche Nutzung der Chemikalien.
AMC reduziertes Risiko von permanentem Fouling.
AMC sorgt für tiefstmögliche Belastung der Membran mit Chemie.
AMC reduziert die Transportkosten von Chemikalien.
AMC sorgt für eine geringere Umweltbelastung.

Wir nutzen die Digitalisierung, um unsere Kunden besser unterstützen zu können.

Ihr Partner für keimfreie Sauberkeit

Der Firmenstandort ist in Aadorf in der Ostschweiz. Hier lösen motivierte Entwicklungs- und Beratungsteams Reinigungs- und Hygieneprobleme. Forschung & Entwicklung, modernste Produktionsanlagen und individuelle Kundenlösungen haben die Halag zum führenden Unternehmen im Bereich der Betriebshygiene gemacht.

1970 Gründung durch Heinrich A. Leimbacher
1993 Integration in den Agrarkonzern fenaco
2010 Umzug in den Neubau nach Minergie-Standard
> 60 Mitarbeitende in Produktion, Entwicklung, Administration und Vertrieb
Zertifiziert nach ISO 9001 und ISO 14001
Marktführer im produzierenden und verarbeitenden Gewerbe der Schweizer Lebensmittel- und Getränkeindustrie und der Land- und Viehwirtschaft
Modernes Forschungs-/ Analyselabor und Produktion
Branchenexperten in Beratung und Vertrieb

Angebot

Im Angebot stehen hochspezifische Reinigungs- und Desinfektionsprodukte für die verschiedenen Branchen der Ernährungswirtschaft und weiterer Bereiche. Darüber hinaus werden chemische Produkte im Auftragsverhältnis entwickelt und konfektioniert. Für unser umfassendes Produktangebot in Deutsch, Französisch oder Italienisch, sortiert nach Anwendung, klicken Sie bitte hier: Produktübersicht.

Halag Services

Der Service macht den Unterschied. Reinigungs- und Desinfektionsmittel nach Bestellung liefern, das können viele. Profitieren Sie von unserer persönlichen Beratung sowie den vier Servicemodulen rund um Personal- und Betriebshygiene, Sicherheit, Monitoring und Anwendungstechnik. Investieren Sie in Ihre Nachhaltigkeit, senken Sie Kosten und sparen Sie Ressourcen.

Personal und Betriebshygiene

Sicherheit

Monitoring

Anwendungstechnik

Wir sind für Sie da

Die Halag Chemie AG unterhält ein Labor mit breiter Entwicklungsmethodik. Es wird ein Lieferservice in kürzester Zeit garantiert. Unsere Berater stehen Ihnen telefonisch und vor Ort jederzeit gerne zur Verfügung.