Projekt 12013/01

Energier├╝ckgewinnung bei Reverse Osmosis-Anlagen mittels Drucktauscher, ENROD

Projekttr├Ąger

SIEMAG GmbH
Obere Industriestr. 8
57250 NetphenZielsetzung und Anlass des Vorhabens Energier├╝ckgewinnung bei Reverse-Osmosis- (RO-) Anlagen mit wesentlich verbessertem Wirkungsgrad gegen├╝ber den bisher eingesetzten Einrichtungen und Verfahren. Somit geringerer Bedarf an Versorgungsenergie aus ├Âffentlichen/privaten Energienetzen oder Eigenversorgung ├╝ber z. B. Generatoren mit Dieselantrieb oder direktem Dieselmotorantrieb von Maschinen und Aggregaten und damit Umweltentlastung infolge geringerem Prim├Ąrenenergieeinsatzes. Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenMit der Weiterentwicklung des im Bergbau mit Erfolg - ebenfalls bei der Energier├╝ckgewinnung - eingesetzten Dreikammerrohraufgebers als Drucktauscher (DRT) kann die Effizienz der Energier├╝ckgewinnung bei RO-Anlagen gesteigert werden. Aufgrund des direkten Drucktransfers vom Hochdruck-Brine nach dem Membranaustritt auf das Niederdruck-Feed ohne zwischengeschaltete Systeme mit ├╝blichen mechanischen und hydraulischen Verlusten bei Str├Âmungsmaschinen (Pumpen, Turbinen) l├Ąsst sich ein Wirkungsgrad von 98 % erreichen. Die bisher vorliegenden Erfahrungen bei Planung, Konstruktion, Fertigung und Betrieb des DRT sind auf die besonderen Bed├╝rfnisse beim Einsatz innerhalb von RO-Anlagen anzupassen. Die Realisierung des Gesamtprojektes gliedert sich in 3 Phasen, die Projektvorbereitung einschlie├člich Zusammenf├╝hrung der Kooperationspartner, Festlegung der Demonstrationsanlage, Planung, Konstruktion, Fertigung, Montage, Inbetriebnahme der Anlage sowie Messungen f├╝r Anlagenoptimierung und abschlie├čende Vorf├╝hrung 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 Messger├Ąte f├╝r 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/m┬│ Produkt. Dies entspricht einer Reduzierung von durchschnittlich 1,63 kWh/m┬│ oder ca. 30,5% auf den urspr├╝nglich, d. h. ohne DRT-Einsatz ben├Âtigten Energiebedarf von 5,35 kWh/m┬│ 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 Rohrleitungsf├╝hrung sowie unterschiedliche DRT-Taktfrequenzen ergaben eine Vergleichm├Ą├čigung der Vermischung auf ca. 10%, sind aber nicht als Optimum zu betrachten. Die gew├╝nschte 100%ige Sicherstellung der Mischungsfreiheit der beiden Medien l├Ąsst sich nur durch einen Separator in den Kammern oder eine vertikale Aufstellung der Kammern erreichen. Die ├ťberlegung der vertikalen Kammeraufstellung mit Ausnutzung der Dichteunterschiede beider Medien wurde im Labor untersucht und erscheint als optimale L├Âsung. Bei der Demonstrationsanlage I-NALSA ist jedoch kein Umbau auf diese M├Âglichkeit durchgef├╝hrt worden, da dies mit erheblichen Kosten verbunden gewesen w├Ąre und in keinem Verh├Ąltnis zur Produktionserh├Âhung st├╝nde. 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, l├Ąngere und reproduzierbare Messwertaufnahme konnte hier noch nicht erfolgen. Allgemein kann festgestellt werden, dass die Werkstoffauswahl f├╝r die seewasser- und brineber├╝hrten 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. ├ľffentlichkeitsarbeit und Pr├Ąsentation Nach der Inbetriebnahme des DRT wurde bei INALSA, Lanzerote ein Symposium mit Vorstellung der Gesamtkonzeption durchgef├╝hrt. 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 Detailerl├Ąuterung der Energier├╝ckgewinnung mittels DRT bei RO-Anlagen durch Prof. Krumm, UNI Siegen, sowie Ausf├╝hrungen zu Konstruktionsdetails seitens SIEMAG Transplan. Durch eine breit angelegte Informationsma├čnahme in Form von Mitteilungen der ersten Betriebsergebnisse und Versand von Prospektmaterial wurden RO-Anlagenhersteller, Betreiber und Membranhersteller ├╝ber den Stand der Energier├╝ckgewinnung mittels SIEMAG-DRT in Kenntnis gesetzt. Im 1. Halbjahr 2002 wurden diverse Pr├Ąsentationen f├╝r das Gro├čprojekt MURCIA, Spanien bei Gesamtanlagenanbietern und dem Endkunden durchgef├╝hrt. Beim Projekt MURCIA handelt es sich um eine Meerwasserentsalzung mit dem RO-Prinzip f├╝r eine Produktmenge von 150.000m┬│/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 best├Ątigen, 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 f├╝r Nachr├╝stungen bei vorhandenen Anlagen sowie bei Neuprojekten. Die derzeitige horizontale Kammeranordnung ist aufgrund der sich in dieser Position ergebenden Medienvermischung bei zuk├╝nftigen Projekten in eine vertikale Aufstellung zu ├Ąndern. Bei der Materialauswahl f├╝r den DRT sind infolge Seewasser/Brine hinsichtlich der Korrosionsbest├Ąndigkeit geeignete Werkstoffe vorzusehen. Nach der praktischen Best├Ątigung der vorausberechneten Energieeinsparung wird nach urspr├╝nglicher Skepsis der RO-Fachleute und Anlagenbetreiber gegen├╝ber dem DRT-Prinzip dieses nun grunds├Ątzlich akzeptiert. Die Vermarktung wird allerdings gegen die starke Konkurrenz der etablierten Turbinen- und Pumpenhersteller erfolgen m├╝ssen. Erste Erfolge sind hingegen insofern zu sehen, dass Gro├čanlagen immer mehr mit DRT als Alternative zu Turbinen ausgeschrieben werden. Der endg├╝ltige Nachweis des DRT als optimales Energier├╝ckgewinnungssystem bei RO-Anlagen m├╝sste in einem weiteren Demonstrationsprojekt mit vertikaler Kammeranordnung erbracht werden.

├ťbersicht

Telefon

02738/21-299

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Bundesland

Nordrhein-Westfalen

F├Ârdersumme

559.864,61 ÔéČ

F├Ârderzeitraum

01.10.1998 - 30.09.2002