Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Eines der Hauptprobleme f\u00fcr Menschen, die in l\u00e4ndlichen Gebieten unterentwickelter Regionen wohnen, ist die teilweise starke Verschmutzung der vorhandenen Wasserressourcen mit Tr\u00fcbstoffen und Parti-keln, die das Wasser zum einen schwer genie\u00dfbar machen und zum anderen mikrobiologischer Natur sein k\u00f6nnen. Vor diesem Hintergrund sollte im Projekt ein technisch extrem einfaches Filtersystem entwickelt werden, welches ohne Stromversorgung rein mechanisch und f\u00fcr mehrere Wochen ohne R\u00fcck-sp\u00fclung oder Wartung betrieben werden konnte. Das Filtersystem sollte dabei ein weitgehend partikelfreies Wasser auch bei extremen Rohwasserbedingungen liefern.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenZur Erreichung der Ziele erfolgte die Konzeptionierung eines zweistufigen Filtrationssystems, welches zun\u00e4chst im Laborma\u00dfstab hinsichtlich der f\u00fcr die Dimensionierung und den Betrieb wesentlichen Parameter sowie der erreichbaren Reinigungsleistung untersucht wurde. Als erste Filtrationsstufe, der Vorfiltration, kam ein zylindrischer Filter (D = 0,2 m; H = 0,7 m) mit einem Filterbett aus permeablen synthetischen Kollektoren (PSK) zum Einsatz. PSK zeichnen sich durch ein hohes R\u00fcckhalte- und Speicherver-m\u00f6gen f\u00fcr Feststoffe sowie einen geringen Widerstand aus. F\u00fcr unterschiedliche Kompressionsgrade des PSK-Filterbetts wurden der Einfluss der Filtergeschwindigkeit auf den Druckverlust und die Qualit\u00e4t des Filtrats sowie die Filterlaufzeiten untersucht. Die erforderlichen Betriebsparameter zur Reinigung der beladenen PSK wurden ermittelt.
\nDie Desinfektion des vorbehandelten Wassers erfolgte in der zweiten Behandlungsstufe mittels Membranfiltration. F\u00fcr die erforderlichen Untersuchungen zur Ermittlung der Auslegungs- und Betriebsparameter stand eine Laboranlage mit einer keramischen Membran (Porendurchmesser: 0,1 \u00b5m) und einer Membranfl\u00e4che von 0,2 m\u00b2 zur Verf\u00fcgung. In den Untersuchungen wurden die Betriebsweisen \u0082Cross-Flow und \u0082Dead-End miteinander verglichen sowie der Einfluss unterschiedlicher Betriebs- und Sp\u00fclein-stellungen auf die Ver\u00e4nderung der Dr\u00fccke, der Filterlaufzeiten und die Ablaufqualit\u00e4t untersucht. Die er-forderlichen Behandlungsschritte und Bedingungen zur Reinigung der Membranen wurden ermittelt. Auf Basis der Laborergebnisse erfolgten die Dimensionierung sowie der erste konstruktive Entwurf f\u00fcr den Bau einer Demonstrationsanlage.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
In den Laborversuchen zur Vorfiltration mit Hilfe von PSK konnte eine exponentielle Zunahme der Beladung mit dem Kompressionsgrad festgestellt werden. Der Feststoffgehalt bzw. die Tr\u00fcbung im Filtrat wurden mit zunehmendem Kompressionsgrad signifikant reduziert. Mit einem Filterbett aus 90 Liter PSK, welches um 90 % auf 30 cm Betth\u00f6he komprimiert wurde, konnten die besten Ergebnisse erzielt werden. Bis zum Filterdurchbruch wurden mit dieser Versuchsanordnung 1000 Bettvolumen Filtrat gewonnen. Hierbei lag die Tr\u00fcbung im Filtrat im Mittel unter 2 FNU. Der maximale Druckverlust betrug 160 mbar.
\nBei der zur Desinfektion des vorbehandelten Wassers eingesetzten Membranfiltration wurde zun\u00e4chst die Effizienz der beiden Betriebsweisen Dead-End-Filtration und Cross-Flow-Filtration mit unterschiedlichen Cross-Flow-Raten untersucht. Hierbei war zu ber\u00fccksichtigen, dass das eingestellte F\u00f6rdervolumen und der zur Verf\u00fcgung stehende Betriebsdruck durch Handpumpen oder Schwerkraft erzeugt bzw. aufrecht-erhalten werden musste.
\nBei der Dead-End-Filtration zeigte sich ein schneller Anstieg der transmembranen Druckdifferenz (TMP) und ein nur unzureichender R\u00fcckgang der TMP nach der R\u00fccksp\u00fclung der Membran. Positivere Ergebnisse ergaben die Untersuchungen im Cross-Flow-Betrieb. Die erzeugte Permeatmenge bis zum Erreichen der festgelegten maximalen TMP von 3 bar stieg mit der Cross-Flow-Rate an. Aus energetischen Gr\u00fcnden wurde f\u00fcr die weiteren Untersuchungen ein Betrieb der Anlage mit 20 % Cross-Flow gew\u00e4hlt. In einem Langzeitversuch konnten mit den gew\u00e4hlten Betriebsbedingungen, bis zur Notwendigkeit einer chemischen Reinigung der Membran, 11.000 Liter Permeat gewonnen werden. Hierbei wurde alle f\u00fcnf Betriebsstunden eine R\u00fccksp\u00fclung der Membran mit einem Sp\u00fclwasservolumen von 1 Liter und einem Druck von 5 bar durchgef\u00fchrt. Dies entsprach einer Ausbeute von 99 %. In dem gewonnenen tr\u00fcbstoff-freien Permeat konnten keine Keime nachgewiesen werden.
\nBei den Untersuchungen zur chemischen Reinigung der Membran wurden die besten Ergebnisse durch die Kombination einer jeweils mehrst\u00fcndigen Behandlung in schwefelsaurem, alkalischen (NaOH) und oxidativen (NaOCl) Milieu erzielt.
\nDie Dimensionierung der in Containerbauweise geplanten Demonstrationsanlage erfolgte f\u00fcr eine Ortschaft mit 300 Einwohnern und einem Tagesbedarf von 15 m\u00b3 Wasser, davon 3 m\u00b3 Trinkwasser (WHO 2004). Bei einer Betriebsdauer von 5 h\/d und einer Betriebszeit von 60 Tagen zwischen zwei Reinigungszyklen ergab sich f\u00fcr die erste Behandlungsstufe ein erforderliches unkomprimiertes PSK-Volumen von ca. 10 m\u00b3. F\u00fcr die Auslegung der Vorfiltration wurde die Filtergeometrie derart angepasst, dass der Volumenstrom von 15 m\u00b3\/d durch drei parallel betriebene Filterstra\u00dfen erzeugt werden k\u00f6nnte. Die hieraus resultierenden Filter weisen einen Durchmesser von 0,75 m, eine Sch\u00fcttschichth\u00f6he von 0,76 m und eine Filterleistung von 1 m\u00b3\/h auf.
\nBei der Dimensionierung der Membranfiltrationsstufe wurde ein Flux von 0,10 m3\/(h m2) und die in den Laborversuchen ermittelte Ausbeute von 99 % zugrunde gelegt. Unter Ber\u00fccksichtigung der angestrebten Laufzeit von 60 Tagen ergibt sich eine erforderliche Membranfl\u00e4che von 18 m\u00b2.
\nDie Installation der Filtrationseinheiten und des Trinkwassertanks sind in einem 20 Fu\u00df-Container vorgesehen. F\u00fcr die Zwischenspeicherung des erzeugten Brauchwassers w\u00fcrde eine separate Einheit zur Verf\u00fcgung gestellt. Um eine leichte Handhabung und Reinigung zu erm\u00f6glichen wurde in dem Anlagenentwurf auf eine gute Zug\u00e4nglichkeit der installierten Komponenten geachtet.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
F\u00fcr die technische Umsetzung und den Nachweis der Funktionst\u00fcchtigkeit der Anlage im technischen Ma\u00dfstab w\u00e4ren weitere Arbeitsschritte in einem Folgeprojekt erforderlich (siehe<\/p>\n
Fazit<\/p>\n
). Daher fand seitens der Cornelsen Umwelttechnologie GmbH noch keine \u00d6ffentlichkeitsarbeit zum Projekt statt.
\nFazit<\/p>\n
Anhand der vorliegenden Untersuchungsergebnisse konnte gezeigt werden, dass durch die Kombination einer Vorfiltration mittels Filterelementen aus permeablen synthetischen Kollektoren (PSK) und einer Entkeimung mit Hilfe einer Membranfiltration eine kompakte und einfach zu bedienende Brauch- und Trink-wasseraufbereitungsanlage erstellt werden kann. Die Bemessungsgrundlagen f\u00fcr den Bau einer De-monstrationsanlage mit einer Tagesleistung von 12 m\u00b3 Brauchwasser und 3 m\u00b3 Trinkwasser, mit einer Standzeit von 60 Tagen zwischen den einzelnen Reinigungszyklen, wurden ermittelt. Ein erster Konzept-entwurf f\u00fcr den Aufbau der Demonstrationsanlage wurde vorgestellt.
\nF\u00fcr die technische Umsetzung dieses Trinkwasseraufbereitungsverfahrens m\u00fcssten k\u00fcnftig die erforderliche Detailplanung f\u00fcr den Bau und Betrieb einer Demonstrationsanlage geleistet sowie die an den Versuchsanlagen ermittelten Dimensionierungsans\u00e4tze im Pilotma\u00dfstab \u00fcberpr\u00fcft werden.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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