Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Ziel der Entwicklung ist ein mobiles Mess- und Testger\u00e4t herzustellen, das es erm\u00f6glicht, Umwelt belastende Stoffe mit Hilfe eines schnellanalytischen Membrantrennverfahrens abzutrennen und aufzukonzentrieren. Im Gegensatz zu vorhandenen Membran-Testeinrichtungen werden nicht ebene (zweidimensionale) Flachmembranen, sondern Membranen zylindrischer Form (dreidimensional) eingesetzt. Das Ger\u00e4t erm\u00f6glicht direkt einen umweltbezogenen Einsatz f\u00fcr Feldversuche. Dadurch wird die Schnellanalytik f\u00fcr membrantechnische Trennbarkeit der Belastungsstoffe w\u00e4ssriger L\u00f6sungen erheblich verbessert.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenBis zum Prototypbau eines Membrantestger\u00e4tes waren umfangreiche Recherchen zu \u00fcblichen Testger\u00e4ten notwendig. Zu Beginn der Entwicklung wurde in Zusammenarbeit mit dem Institut f\u00fcr Verfahrenstechnik der RWTH Aachen ein Konzept f\u00fcr einen neuartigen dreidimensionalen Testapparat (3DTA) erarbeitet und zum Patent angemeldet, das dann in Deutschland und den USA erteilt wurde. Dieses Konzept wurde dann in eine Konstruktion des 3DTA mit Gesamtzeichnung und Einzelteilzeichnung umgesetzt. Nach Abschluss der Konstruktion erfolgte parallel zur Materialbeschaffung der Bau eines Prototyps. Der Prototyp wurde in Versuchen getestet und nach Auswertung dieser Versuche verbessert. Die Verbesserungen beinhalteten in der Hauptsache Dichtigkeiten und Handhabbarkeit des 3DTA. Auf Grundlage der verbesserten Konstruktion wurde ein neuer 3DTA hergestellt. Dieser Testapparat wurde bei Feldversuchen mit realem Abwasser getestet. Nach Auswertung der Feldversuche wurde der 3DTA weiter modifiziert, indem Instrumente wie Manometer, Konzentratablassventil und Bypassregelung an das Ger\u00e4t angebracht wurden, die zur Untersuchung des Permeats und Konzentrats und zur Einstellung der Betriebsparameter notwendig sind und indem zus\u00e4tzliche Apparaturen zum kontinuierlichen Speisen des 3DTA konstruiert und gefertigt wurden.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Ein Konzept zum Bau eines f\u00fcr Feldversuche geeigneten Membrantestger\u00e4tes wurde durch umfangreiche Konstruktionsvarianten erarbeitet. Im Unterschied zu schon vorhandenen Membrantestger\u00e4ten, bei denen die Testeinrichtung aus Flachmembranen mit kreis- oder viereckf\u00f6rmigen Zuschnitten besteht (zweidimensional), soll das neu zu entwickelnde Testger\u00e4t dreidimensional arbeiten und mobil sein. Auch soll ein kontinuierlicher Testbetrieb gew\u00e4hrleistet werden k\u00f6nnen. Durch die zylindrische Anordnung der Membran wird ein dreidimensionaler Test der Membran m\u00f6glich. Die zylindrische Membran wird auf einen Halter aufgebracht, der mit L\u00f6chern versehen ist, durch die das Permeat in einen Sammelkanal geleitet wird. Hierbei sind folgende Probleme zu l\u00f6sen gewesen. Einerseits musste aus einer rechteckig zugeschnittenen Membrane eine handhabbare und dichte zylindrische Membran hergestellt werden, andererseits musste die zylindrische Membrane ional dicht auf den Membranhalter aufgebracht werden. Der ben\u00f6tigte Druck in dem dreidimensionalen Testapparat (3DTA) wird von au\u00dfen durch Druckluft aufgebracht und das Medium in dem 3DTA durch eine Magnet gekuppelte Pumpe \u00fcber die Membranoberfl\u00e4che ohne nennenswerte Druckerh\u00f6hung \u00fcberstr\u00f6mt. Dadurch ist die Montage einer gr\u00f6\u00dferen externen Druckerh\u00f6hungspumpe nicht n\u00f6tig und die Mobilit\u00e4t des 3DTA m\u00f6glich.
\nDie \u00dcberstr\u00f6mgeschwindigkeit des zu testenden Mediums wird hydraulisch geregelt. Dabei wird der Bernoullische Effekt genutzt, der besagt, dass bei konstantem Gesamtdruck die Str\u00f6mungsgeschwindigkeit zunimmt (abnimmt), wenn der statische Druck singt (steigt). Durch Verkleinern des Str\u00f6mungsquerschnittes wird eine Erh\u00f6hung der Str\u00f6mungsgeschwindigkeit erzielt. Gleichzeitig sinkt der statische Druck im Str\u00f6mungskanal und die ebenfalls zylindrisch um die Membran angebrachten Spacer und Spiralfolie werden an die Membran gedr\u00fcckt. Der statische Druck kann am Anfang und am Ende des Str\u00f6mungskanals durch ein Differenzdruck-Manometer abgelesen werden.
\nDas durch den 3DTA produzierte Permeat kann in einem Labor auf Substanzen untersucht werden, die im Abwasser enthalten waren. Durch den 3DTA wird die Membranauswahl f\u00fcr den Einsatz von Membranverfahren verbessert, dadurch dass die Versuche vor Ort stattfinden und das Probewasser nicht \u00fcber eine l\u00e4ngere Strecke transportiert werden muss, was das Abwasser ver\u00e4ndern kann.
\nZum Einsatz kommt der 3DTA bei praktischen Untersuchungen der Trennbarkeit unterschiedlich belasteter W\u00e4sser wie industrielles Abwasser, Deponiesickerwasser, belastetes Grundwasser, Abwasser aus Bodenw\u00e4sche, Tiefenwasser, Oberfl\u00e4chenwasser, Flusswasser. Bei der Aufbereitung dieser W\u00e4sser kann das Permeat als weitgehend gereinigtes Wasser dem nat\u00fcrlichen Wasserkreislauf wieder zugef\u00fchrt werden. Versuche mit einem realen Abwasser aus der Papierindustrie mit Ultrafilter-, Nanofilter- und Umkehrosmosemembranen haben ergeben, dass die Qualit\u00e4t des Permeats beim Einsatz der Umkehrosmosemembran am besten ist und das Permeat einleitf\u00e4hig wird. Das Konzentrat ist soweit aufkonzentriert worden, dass die Quantit\u00e4t des zu entsorgenden Materials wesentlich verringert und damit das Entsorgungsproblem und die Kosten minimiert wurden.
\nWeitere Feldversuche wurden f\u00fcr Coalbed Methane Water (CMW) und Berkely-Pit-Abwasser durchgef\u00fchrt.
\nNach Abschluss des Projektes sind zus\u00e4tzliche Feldversuche mit dem modifizierten 3DTA in Kooperation des Instituts f\u00fcr Verfahrenstechnik der RWTH Aachen geplant.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
F\u00fcr den 3DTA wurde ein Prospekt erstellt, der Anwendungsm\u00f6glichkeiten des Testapparates aufzeigt.
\nWeiterhin wurde der 3DTA w\u00e4hrend der Messe ACHEMA 2000 pr\u00e4sentiert. In Beitr\u00e4gen der Fachzeitschriften CAV und GWF wurde der 3DTA beschrieben.<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Der Einsatz des 3DTA in der Aufbereitungstechnik von (Ab)-Wasser steigert durch Vorversuche die Effizienz der Membranverfahren. Aus dem aufzubereitenden (Ab)-Wasser kann vor der Anlagenplanung Permeat produziert werden und deren Inhaltsstoffe auf umweltrelevante und gesundheitssch\u00e4dliche Stoffe untersucht werden. Eine Pr\u00fcfung des f\u00fcr die Umwelt geeignetsten Verfahrens kann dadurch einfach und repr\u00e4sentativ vorgenommen werden. Das Ger\u00e4t bringt damit gegen\u00fcber bisherigen Versuchsanlagen deutliche Vorteile. Die Markteinf\u00fchrung erfolgt kurzfristig.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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