Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Die Vorteile von Membranbioreaktoren (MBR) bei der Abwasserbehandlung hinsichtlich einer verbesserten Wasserqualit\u00e4t und eines reduzierten Platzbedarfs der Gesamtanlage gehen oft mit h\u00f6heren Investitionskosten der Membranfilter und deren Einbau sowie h\u00f6heren Betriebskosten insbesondere im Bereich des Energiebedarfs f\u00fcr die Sp\u00fclung der Membranen, einher. Im Rahmen des hier beschriebenen Projektes mit dem Titel \u201eEffiziente Energieausnutzung in Membranbioreaktoren durch Einsatz eines innovativen Membranfilters – Verifizierung der Energieeinsparung im technischen Ma\u00dfstab\u201c AZ 34834-01 soll ein neuartiger Membranmodul der Firma Membion erstmalig im technischen Ma\u00dfstab auf der MBR-Demonstrationskl\u00e4ranlage in Simmerath getestet werden. Dabei war es das Ziel, die positiven Ergebnisse eines zuvor durchgef\u00fchrten Gebrauchsmustertests (DBU-Projekt AZ-32805) insbesondere bez\u00fcglich des Energiebedarfs f\u00fcr die Modulbel\u00fcftung im technischen Ma\u00dfstab zu verifizieren. <\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Arbeiten im Rahmen des DBU-Projektes gliedern sich in die Teilbereiche: Vorarbeiten, Herstellung der Membranmodule f\u00fcr den technischen Einsatz in einer automatisierten Produktionsanlage, sowie ein erstmaliger MBR-Versuchsbetrieb der Membion-Membranfilter im technischen Ma\u00dfstab.
\nDie MBR-Demonstrationskl\u00e4ranlage wurde im Jahr 2002 im Rahmen eines vom damaligen NRW-Umweltministeriums (MUNLV) mit etwa 2,5 Mio. Euro gef\u00f6rderten Projektes von den Firmengr\u00fcndern von Membion geplant und gebaut, um dort zum ersten Mal die damals neuartigen PURON-Membranfilter im MBR-Betrieb zu testen, die mittlerweile von der Firma KOCH vermarktet werden. Da die Firma KOCH seit Anfang 2017 ihre Entwicklungst\u00e4tigkeiten in Deutschland eingestellt hat, stand die MBR-Demonstrationskl\u00e4ranlage in Simmerath seitdem ungenutzt still. Diese Anlage soll im Rahmen des vorliegenden Projektes reaktiviert und dann f\u00fcr den Demonstrationsbetrieb der neuartigen Membion-Membranfilter genutzt werden.
\nEin weiterer Hauptfokus des hier dargestellten Projektes ist die Umsetzung der Schritte der Serienproduktion des neuartigen Membranfilters in einem automatisierten Produktionsprozess.
\nDabei sollen die Herstellungsschritte des Einlegens der Membranfasern in die Membraneinheiten sowie das Verschlie\u00dfen der freien Faserenden mit einem Harz erstmalig in den automatisierten Produktionsprozess der Membranen implementiert werden.
\nNach diesen Vorarbeiten soll die eigentliche Fertigung des technischen Moduls mit passenden Membraneinheiten erfolgen, um dieses im abschlie\u00dfenden Projektteil im technischen Ma\u00dfstab zu testen.
\nIm letzten Projektabschnitt soll dann der erste technische Modul mit einem optimierten und neuartigen Modulgestell von Membion auf der Demonstrationskl\u00e4ranlage Simmerath mit Belebtschlamm betrieben werden. In diese Phase fallen auch T\u00e4tigkeiten wie die Installation und die Befestigung der Modulrohre im Rahmen, sowie die Einbindung der Membranfilter in die Anlage. Anschlie\u00dfend soll der gangliniengesteuerte Dauerbetrieb gew\u00e4hrleistet werden und eine Optimierung der Betriebsbedingungen zur Verifizierung des Energie-Einsparpotential erfolgen.
\nDie Arbeiten im Rahmen des DBU-Projektes gliedern sich in die Teilbereiche: Vorarbeiten, Herstellung der Membranmodule f\u00fcr den technischen Einsatz in einer automatisierten Produktionsanlage, sowie ein erstmaliger MBR-Versuchsbetrieb der Membion-Membranfilter im technischen Ma\u00dfstab.
\nDie MBR-Demonstrationskl\u00e4ranlage wurde im Jahr 2002 im Rahmen eines vom damaligen NRW-Umweltministeriums (MUNLV) mit etwa 2,5 Mio. Euro gef\u00f6rderten Projektes von den Firmengr\u00fcndern von Membion geplant und gebaut, um dort zum ersten Mal die damals neuartigen PURON-Membranfilter im MBR-Betrieb zu testen, die mittlerweile von der Firma KOCH vermarktet werden. Da die Firma KOCH seit Anfang 2017 ihre Entwicklungst\u00e4tigkeiten in Deutschland eingestellt hat, stand die MBR-Demonstrationskl\u00e4ranlage in Simmerath seitdem ungenutzt still. Diese Anlage soll im Rahmen des vorliegenden Projektes reaktiviert und dann f\u00fcr den Demonstrationsbetrieb der neuartigen Membion-Membranfilter genutzt werden.
\nEin weiterer Hauptfokus des hier dargestellten Projektes ist die Umsetzung der Schritte der Serienproduktion des neuartigen Membranfilters in einem automatisierten Produktionsprozess.
\nDabei sollen die Herstellungsschritte des Einlegens der Membranfasern in die Membraneinheiten sowie das Verschlie\u00dfen der freien Faserenden mit einem Harz erstmalig in den automatisierten Produktionsprozess der Membranen implementiert werden.
\nNach diesen Vorarbeiten soll die eigentliche Fertigung des technischen Moduls mit passenden Membraneinheiten erfolgen, um dieses im abschlie\u00dfenden Projektteil im technischen Ma\u00dfstab zu testen.
\nIm letzten Projektabschnitt soll dann der erste technische Modul mit einem optimierten und neuartigen Modulgestell von Membion auf der Demonstrationskl\u00e4ranlage Simmerath mit Belebtschlamm betrieben werden. In diese Phase fallen auch T\u00e4tigkeiten wie die Installation und die Befestigung der Modulrohre im Rahmen, sowie die Einbindung der Membranfilter in die Anlage. Anschlie\u00dfend soll der gangliniengesteuerte Dauerbetrieb gew\u00e4hrleistet werden und eine Optimierung der Betriebsbedingungen zur Verifizierung des Energie-Einsparpotential erfolgen. <\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Die erste Herausforderung des Vorhabens lag in einer erstmaligen Umsetzung einer Serienproduktion der Membranmodule. Dabei sollten die Herstellungsschritte des Einlegens der Membranfasern in die Membraneinheiten sowie das Verschlie\u00dfen der freien Fasern mit einem Harz erstmalig in den automatisierten Produktionsprozess der Membranen implementiert werden. Um diese Aufgabe umzusetzen, musste die runde Form des H\u00fcllrohres der Membranen gegen eine rechteckige ausgetauscht werden, da dann alle Membraneinheiten eine einheitliche Gr\u00f6\u00dfe aufweisen, was f\u00fcr die Serienproduktion ein entscheidender Vorteil ist. Dies bedeutete jedoch eine komplette \u00dcberarbeitung des Moduldesigns. Diese Aufgabe sowie auch die automatisierte Produktion der Membranbl\u00f6ckchen, inklusive der beiden Produktionsschritte des Fasereinlegens und des Verschlie\u00dfens der freien Faserenden wurden zufriedenstellend umgesetzt.<\/p>\n
Bei der Gestaltung der technischen Membranfilter lag besonderes Augenmerk auf der str\u00f6mungstechnischen und produktionstechnischen Optimierung der Membion-Membranelemente. Zu den relevanten Parametern z\u00e4hlten insbesondere die Gleichm\u00e4\u00dfigkeit der Luftverteilung, das Schlamm-Management im Modul, die Packungsdichte der Modulrohre im technischen Modul und die sich daraus ergebende Dimensionierung der Schlamm-Abstr\u00f6m-Zonen. Da die Einfl\u00fcsse der Realfaktoren bei der Skalierung des Modulprinzips auf den technischen Ma\u00dfstab vor Beginn des Projektes nur schwer abzusch\u00e4tzen waren, wurde bei der Beantragung des Projektes erwartet, dass die Konfiguration des Moduls gegebenenfalls nochmals ge\u00e4ndert werden muss, um die positiven Ergebnisse des Gebrauchsmustertests zu verifizieren. Deshalb war der Bau eines zweiten, modifizierten technischen Moduls vorgesehen mit optimierten Parametern auf Basis der Betriebsergebnisse des ersten technischen Moduls. <\/p>\n
Bei der Inbetriebnahme der Demonstrationsanlage in Simmerath traten zun\u00e4chst einige Schwierigkeiten mit der alten Anlagentechnik zu Tage, die sich erst in einem Dauerbetrieb der Anlage bemerkbar machten. So fiel schon wenige Tage nach Inbetriebnahme der Anlage aus zun\u00e4chst unerkl\u00e4rlichen Gr\u00fcnden das komplette Bus-System der Anlage aus. In einer aufwendigen Fehleranalyse aller technischen Aggregate konnten die Fehler und Probleme der Alttechnik innerhalb von ca. 3 Wochen behoben werden. <\/p>\n
Bei dem danach realisierten Betrieb des ersten technischen Moduls zeigte sich erfreulicher Weise, dass die Verifizierung der Energieeinsparung auch schon mit der Installation dieses ersten Moduls erreicht werden konnte: nach kurzer Einfahrphase wurde eine Energieeinsparung bis zu 37 % f\u00fcr die Modulbel\u00fcftung erreicht bezogen auf den als Referenzwert zugrunde gelegten optimierten Energiebedarf f\u00fcr die Modulbel\u00fcftung auf der Kl\u00e4ranlage Kaarst-Nordkanal. Dieser Wert entstammt dem Ende 2015 ver\u00f6ffentlichten Abschlussbericht eines Projekts, das im Rahmen eines BMU-Innovationsprogramms gef\u00f6rdert wurde. <\/p>\n
Parallel zu dem Betrieb der Demonstrationsanlage in Simmerath hat Membion in der Pilotanlage in Konzen eine neuartige Bel\u00fcftungstechnik entwickelt, die sogenannte \u201eJetSplash\u00ae\u201c-Technologie. Erste Ergebnisse lassen erwarten, dass durch Verwendung eines neuartigen Geysirs als Herzst\u00fcck der \u201eJetSplash\u00ae\u201c-Technologie eine noch erheblich gr\u00f6\u00dfere Energieeinsparung f\u00fcr MBR-Anlagen realisierbar wird: eine Energieeinsparung von 56 \u2013 79 % bezogen auf den Referenzwert der o.g. Kl\u00e4ranlage Kaarst-Nordkanal, bzw. eine Energieeinsparung von 84 \u2013 92 % bezogen auf den Energiebedarf der derzeit in der MBR-Anlage Konzen eingesetzten Plattenmodule. <\/p>\n
Da einerseits die Ergebnisse des ersten technisch installierten Moduls in Simmerath auf Anhieb die Erwartungen des Gebrauchsmustertests gut erf\u00fcllten und andererseits die Daten der Pilotierung des neuen Bel\u00fcftungssystems mit \u201eJetSplash\u00ae\u201c-Technologie in Konzen noch sehr viel erfolgversprechendere Ergebnisse in Aussicht stellten, fokussierte sich die Firma Membion auf die Umsetzung und Weiterentwicklung der neuen \u201eJetSplash\u00ae\u201c-Technologie. Daher wurde auch im Rahmen des hier dokumentierten Projektes zun\u00e4chst kein 2. technischer Modul ohne \u201eJetSplash\u00ae\u201c-Technologie in Simmerath eingebaut. Stattdessen wurde die Planung gestartet, den 2. Modul im Rahmen eines Erg\u00e4nzungsprojektes mit \u201eJetSplash\u00ae\u201c-Technologie auszur\u00fcsten.<\/p>\n
In dem Erg\u00e4nzungsprojekt (AZ 34834-02) sollen beide Modulsysteme im direkten Vergleich betrieben werden, um die Unterschiede in der Energieeinsparung ohne und mit \u201eJetSplash\u00ae\u201c-Technologie zu dokumentieren.<\/p>\n
\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation<\/p>\n
Die hier erzeugten Ergebnisse wurden auf verschiedene Weisen verwertet: so wurden die Ergebnisse in der universit\u00e4ren Lehre in Form von zwei Masterarbeiten verwendet. Des Weiteren wurden die Ergebnisse auf Tagungen und Messen sowie Fachzeitschriften ver\u00f6ffentlicht.
\nDie finalen Ergebnisse des hier vorliegenden Projektes wurden beispielsweise auf der Woche der Umwelt 2020, gef\u00f6rdert durch die DBU, pr\u00e4sentiert, die pandemiebedingt auf 2021 in digitaler Form vertagt wurde. <\/p>\n
Auch auf der 14. Aachener Tagung Wassertechnologie der RWTH Aachen vom 02. \u2013 03. November 2021 konnten die Ergebnisse aus dem hier vorliegenden Projekt ver\u00f6ffentlicht und in Form eines Vortrags pr\u00e4sentiert werden. <\/p>\n
Fazit<\/p>\n
Bei dem hier realisierten Betrieb des ersten technischen Moduls von Membion konnte die Verifizierung der Energieeinsparung f\u00fcr die Modulbel\u00fcftung von bis zu 37 % best\u00e4tigt werden. Durch die Weiterentwicklung der Modulbel\u00fcftung hin zu einer neuartigen \u201eJetSplash\u00ae\u201c \u2013 Technologie soll eine noch erheblich gr\u00f6\u00dfere Energieeinsparung f\u00fcr MBR-Anlagen realisiert werden. Dadurch leisten die Projektpartner nicht nur einen signifikanten Beitrag zur Verbesserung der Ressourcen im Bereich der Energie, sondern auch hinsichtlich der Verbesserung der Wasserqualit\u00e4t.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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