Projekt 04317/01

Entwicklung einer Testapparatur fĂŒr Membranen

ProjekttrÀger

UWATECHMembran-, Umwelt- und Wassertechnik GmbH
Auf der Beikhorst 23
29336 NienhagenZielsetzung und Anlass des Vorhabens Ziel der Entwicklung ist ein mobiles Mess- und TestgerĂ€t herzustellen, das es ermöglicht, 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 GerĂ€t ermöglicht direkt einen umweltbezogenen Einsatz fĂŒr Feldversuche. Dadurch wird die Schnellanalytik fĂŒr membrantechnische Trennbarkeit der Belastungsstoffe wĂ€ssriger Lösungen erheblich verbessert. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenBis zum Prototypbau eines MembrantestgerĂ€tes waren umfangreiche Recherchen zu ĂŒblichen TestgerĂ€ten notwendig. Zu Beginn der Entwicklung wurde in Zusammenarbeit mit dem Institut fĂŒr Verfahrenstechnik der RWTH Aachen ein Konzept fĂŒr 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 GerĂ€t angebracht wurden, die zur Untersuchung des Permeats und Konzentrats und zur Einstellung der Betriebsparameter notwendig sind und indem zusĂ€tzliche Apparaturen zum kontinuierlichen Speisen des 3DTA konstruiert und gefertigt wurden. Ergebnisse und Diskussion Ein Konzept zum Bau eines fĂŒr Feldversuche geeigneten MembrantestgerĂ€tes wurde durch umfangreiche Konstruktionsvarianten erarbeitet. Im Unterschied zu schon vorhandenen MembrantestgerĂ€ten, bei denen die Testeinrichtung aus Flachmembranen mit kreis- oder viereckförmigen Zuschnitten besteht (zweidimensional), soll das neu zu entwickelnde TestgerĂ€t dreidimensional arbeiten und mobil sein. Auch soll ein kontinuierlicher Testbetrieb gewĂ€hrleistet werden können. Durch die zylindrische Anordnung der Membran wird ein dreidimensionaler Test der Membran möglich. Die zylindrische Membran wird auf einen Halter aufgebracht, der mit Löchern versehen ist, durch die das Permeat in einen Sammelkanal geleitet wird. Hierbei sind folgende Probleme zu lösen 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 benötigte Druck in dem dreidimensionalen Testapparat (3DTA) wird von außen durch Druckluft aufgebracht und das Medium in dem 3DTA durch eine Magnet gekuppelte Pumpe ĂŒber die MembranoberflĂ€che ohne nennenswerte Druckerhöhung ĂŒberströmt. Dadurch ist die Montage einer grĂ¶ĂŸeren externen Druckerhöhungspumpe nicht nötig und die MobilitĂ€t des 3DTA möglich. Die Überströmgeschwindigkeit des zu testenden Mediums wird hydraulisch geregelt. Dabei wird der Bernoullische Effekt genutzt, der besagt, dass bei konstantem Gesamtdruck die Strömungsgeschwindigkeit zunimmt (abnimmt), wenn der statische Druck singt (steigt). Durch Verkleinern des Strömungsquerschnittes wird eine Erhöhung der Strömungsgeschwindigkeit erzielt. Gleichzeitig sinkt der statische Druck im Strömungskanal und die ebenfalls zylindrisch um die Membran angebrachten Spacer und Spiralfolie werden an die Membran gedrĂŒckt. Der statische Druck kann am Anfang und am Ende des Strömungskanals durch ein Differenzdruck-Manometer abgelesen werden. Das durch den 3DTA produzierte Permeat kann in einem Labor auf Substanzen untersucht werden, die im Abwasser enthalten waren. Durch den 3DTA wird die Membranauswahl fĂŒr den Einsatz von Membranverfahren verbessert, dadurch dass die Versuche vor Ort stattfinden und das Probewasser nicht ĂŒber eine lĂ€ngere Strecke transportiert werden muss, was das Abwasser verĂ€ndern kann. Zum Einsatz kommt der 3DTA bei praktischen Untersuchungen der Trennbarkeit unterschiedlich belasteter WĂ€sser wie industrielles Abwasser, Deponiesickerwasser, belastetes Grundwasser, Abwasser aus BodenwĂ€sche, Tiefenwasser, OberflĂ€chenwasser, Flusswasser. Bei der Aufbereitung dieser WĂ€sser kann das Permeat als weitgehend gereinigtes Wasser dem natĂŒrlichen Wasserkreislauf wieder zugefĂŒhrt werden. Versuche mit einem realen Abwasser aus der Papierindustrie mit Ultrafilter-, Nanofilter- und Umkehrosmosemembranen haben ergeben, dass die QualitĂ€t des Permeats beim Einsatz der Umkehrosmosemembran am besten ist und das Permeat einleitfĂ€hig wird. Das Konzentrat ist soweit aufkonzentriert worden, dass die QuantitĂ€t des zu entsorgenden Materials wesentlich verringert und damit das Entsorgungsproblem und die Kosten minimiert wurden. Weitere Feldversuche wurden fĂŒr Coalbed Methane Water (CMW) und Berkely-Pit-Abwasser durchgefĂŒhrt. Nach Abschluss des Projektes sind zusĂ€tzliche Feldversuche mit dem modifizierten 3DTA in Kooperation des Instituts fĂŒr Verfahrenstechnik der RWTH Aachen geplant. Öffentlichkeitsarbeit und PrĂ€sentation FĂŒr den 3DTA wurde ein Prospekt erstellt, der Anwendungsmöglichkeiten des Testapparates aufzeigt. Weiterhin wurde der 3DTA wĂ€hrend der Messe ACHEMA 2000 prĂ€sentiert. In BeitrĂ€gen der Fachzeitschriften CAV und GWF wurde der 3DTA beschrieben. Fazit 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 gesundheitsschĂ€dliche Stoffe untersucht werden. Eine PrĂŒfung des fĂŒr die Umwelt geeignetsten Verfahrens kann dadurch einfach und reprĂ€sentativ vorgenommen werden. Das GerĂ€t bringt damit gegenĂŒber bisherigen Versuchsanlagen deutliche Vorteile. Die MarkteinfĂŒhrung erfolgt kurzfristig.

Übersicht

Telefon

05084/404-0

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Bundesland

Niedersachsen

Fördersumme

92.899,69 €

Förderzeitraum

12.12.1995 - 30.08.2001