Projekt 12013/01

Energierückgewinnung bei Reverse Osmosis-Anlagen mittels Drucktauscher, ENROD

Projektträger

SIEMAG GmbH
Obere Industriestr. 8
57250 Netphen
Telefon: 02738/21-299

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Energierückgewinnung bei Reverse-Osmosis- (RO-) Anlagen mit wesentlich verbessertem Wirkungsgrad gegenüber den bisher eingesetzten Einrichtungen und Verfahren. Somit geringerer Bedarf an Versorgungsenergie aus öffentlichen/privaten Energienetzen oder Eigenversorgung über z. B. Generatoren mit Dieselantrieb oder direktem Dieselmotorantrieb von Maschinen und Aggregaten und damit Umweltentlastung infolge geringerem Primärenenergieeinsatzes.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenMit der Weiterentwicklung des im Bergbau mit Erfolg - ebenfalls bei der Energierückgewinnung - eingesetzten Dreikammerrohraufgebers als Drucktauscher (DRT) kann die Effizienz der Energierückgewinnung bei RO-Anlagen gesteigert werden. Aufgrund des direkten Drucktransfers vom Hochdruck-Brine nach dem Membranaustritt auf das Niederdruck-Feed ohne zwischengeschaltete Systeme mit üblichen mechanischen und hydraulischen Verlusten bei Strömungsmaschinen (Pumpen, Turbinen) lässt sich ein Wirkungsgrad von 98 % erreichen.
Die bisher vorliegenden Erfahrungen bei Planung, Konstruktion, Fertigung und Betrieb des DRT sind auf die besonderen Bedürfnisse beim Einsatz innerhalb von RO-Anlagen anzupassen.
Die Realisierung des Gesamtprojektes gliedert sich in 3 Phasen, die Projektvorbereitung einschließlich Zusammenführung der Kooperationspartner, Festlegung der Demonstrationsanlage, Planung, Konstruktion, Fertigung, Montage, Inbetriebnahme der Anlage sowie Messungen für Anlagenoptimierung und abschließende Vorführung der Referenzanlage.


Ergebnisse und Diskussion

Das Forschungsvorhaben wurde genehmigungskonform bei der Reverse Osmosis (RO)-Anlage INAL-SA I, Lanzarote realisiert.
Die Betriebsdaten wurden mittels der vorhandenen Messtechnik sowie neu installierter Messgeräte für Vergleichsmessungen aufgenommen und dokumentiert. Bei der RO- Anlage INALSA I ergaben die Messungen des Energieverbrauches nach Umrechnung auf spezifische und somit vergleichbare Aussagen einen Wert von 3,72 kWh/m³ Produkt.
Dies entspricht einer Reduzierung von durchschnittlich 1,63 kWh/m³ oder ca. 30,5% auf den ursprünglich, d. h. ohne DRT-Einsatz benötigten Energiebedarf von 5,35 kWh/m³ Produkt.Die Beobachtung der Anlage und diverse punktuelle Handmessungen im Feed-Volumenstrom vor den Racks zeigten, dass sich durch Einsatz des DRT eine periodische Vermischung des Feed und Brine ergibt. Dies wirkt sich aufgrund des dadurch ansteigenden Salzgehaltes im Gesamt-Feedvolumenstrom negativ auf die Produktleistung aus. Vorgenommene Änderungen an der Rohrleitungsführung sowie unterschiedliche DRT-Taktfrequenzen ergaben eine Vergleichmäßigung der Vermischung auf ca. 10%, sind aber nicht als Optimum zu betrachten. Die gewünschte 100%ige Sicherstellung der Mischungsfreiheit der beiden Medien lässt sich nur durch einen Separator in den Kammern oder eine vertikale Aufstellung der Kammern erreichen.
Die Überlegung der vertikalen Kammeraufstellung mit Ausnutzung der Dichteunterschiede beider Medien wurde im Labor untersucht und erscheint als optimale Lösung. Bei der Demonstrationsanlage I-NALSA ist jedoch kein Umbau auf diese Möglichkeit durchgeführt worden, da dies mit erheblichen Kosten verbunden gewesen wäre und in keinem Verhältnis zur Produktionserhöhung stünde.
Die RO-Anlage INALSA III wurde Ende 2000, wie geplant, stillgelegt und der DRT zur RO-Anlage LA ALDEA, Gran Canaria umgesetzt. Die dort erzielten Ergebnisse sind mit denen von INALSA zu vergleichen. Eine genaue, längere und reproduzierbare Messwertaufnahme konnte hier noch nicht erfolgen. Allgemein kann festgestellt werden, dass die Werkstoffauswahl für die seewasser- und brineberührten Bauteile besonderer Beachtung bedarf. Hier ist unbedingt der Einsatz von Duplex-Material bei den Hochdruck-Rohrleitungen bzw. von PVC oder vergleichbarem Kunststoff bei den Niederdruckrohrleitungen vorzusehen.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Nach der Inbetriebnahme des DRT wurde bei INALSA, Lanzerote ein Symposium mit Vorstellung der Gesamtkonzeption durchgeführt. Hierbei konnte den eingeladenen RO-Anlagenherstellern und Betreibern anhand der produzierenden Anlage die Funktionsweise des Gesamtsystems, d. h. RO-Anlage mit DRT demonstriert werden. Das Symposium beinhaltete ebenso die wissenschaftlichen Detailerläuterung der Energierückgewinnung mittels DRT bei RO-Anlagen durch Prof. Krumm, UNI Siegen, sowie Ausführungen zu Konstruktionsdetails seitens SIEMAG Transplan.
Durch eine breit angelegte Informationsmaßnahme in Form von Mitteilungen der ersten Betriebsergebnisse und Versand von Prospektmaterial wurden RO-Anlagenhersteller, Betreiber und Membranhersteller über den Stand der Energierückgewinnung mittels SIEMAG-DRT in Kenntnis gesetzt.
Im 1. Halbjahr 2002 wurden diverse Präsentationen für das Großprojekt MURCIA, Spanien bei Gesamtanlagenanbietern und dem Endkunden durchgeführt. Beim Projekt MURCIA handelt es sich um eine Meerwasserentsalzung mit dem RO-Prinzip für eine Produktmenge von 150.000m³/d, welches der 30fachen Menge der RO-Anlage INALSA bzw. LA ALDEA entspricht. Die Projektvergabe wird im Laufe des Jahres 2003 erwartet.


Fazit

Die Ergebnisse der Demonstrationsanlage bestätigen, dass die im voraus berechnete Energieeinsparung bei Einsatz des DRT erreicht wird. Die Integration des DRT in RO-Anlagen und das Zusammenwirken ist problemlos. Dies gilt für Nachrüstungen bei vorhandenen Anlagen sowie bei Neuprojekten. Die derzeitige horizontale Kammeranordnung ist aufgrund der sich in dieser Position ergebenden Medienvermischung bei zukünftigen Projekten in eine vertikale Aufstellung zu ändern. Bei der Materialauswahl für den DRT sind infolge Seewasser/Brine hinsichtlich der Korrosionsbeständigkeit geeignete Werkstoffe vorzusehen.
Nach der praktischen Bestätigung der vorausberechneten Energieeinsparung wird nach ursprünglicher Skepsis der RO-Fachleute und Anlagenbetreiber gegenüber dem DRT-Prinzip dieses nun grundsätzlich akzeptiert. Die Vermarktung wird allerdings gegen die starke Konkurrenz der etablierten Turbinen- und Pumpenhersteller erfolgen müssen. Erste Erfolge sind hingegen insofern zu sehen, dass Großanlagen immer mehr mit DRT als Alternative zu Turbinen ausgeschrieben werden.
Der endgültige Nachweis des DRT als optimales Energierückgewinnungssystem bei RO-Anlagen müsste in einem weiteren Demonstrationsprojekt mit vertikaler Kammeranordnung erbracht werden.

Übersicht

Fördersumme

559.864,61 €

Förderzeitraum

01.10.1998 - 30.09.2002

Bundesland

Nordrhein-Westfalen

Schlagwörter

Klimaschutz
Ressourcenschonung
Umweltforschung
Umwelttechnik