Ultrafiltrations-Wickelelemente zur Trinkwasseraufbereitung
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Im Rahmen der bilateralen wissenschaftlich-technischen Zusammenarbeit mit der Russischen Föderation wurden in einem vom BMBF geförderten Vorhaben erstmals Ultrafiltrationsmembranen in Form von Wickelelementen auf ihre Einsatzmöglichkeiten zur Trinkwasseraufbereitung aus Oberflächenwasser untersucht. Hierzu wurden von der Fa. ZAO Membranen neuentwickelte, rückspülbare Ultrafiltrationswickelelemente unterschiedlicher Porenweiten und Materialien zur Verfügung gestellt. In einer ersten Projektphase wurden die Membranmuster im Labor unter verschiedenen Betriebsbedingungen getestet. In einer zweiten Projektphase wurden ausgewählte Membrantypen als Wickelelemente in einer Pilotanlage (Bild) eingesetzt und auf ihre Einsatzmöglichkeiten für die Praxis der Trinkwasseraufbereitung überprüft.
Die Laboruntersuchungen wurden an einem vom TZW entwickelten Membranteststand durchgeführt. Wesentlicher Bestandteil ist ein Plattenmodul, in das Flachmembranen mit einer effektiven Fläche von ca. 0,08 m² eingelegt und unter verschiedenen Überströmungs- und Druckbedingungen betrieben werden können.
Von den nach den Laboruntersuchungen als geeignet erwiesenen Membrantypen stellte die Fa. ZAO Membranen Wickelelemente als Prototypen her, die in der Pilotanlage unter praxisnahen Bedingungen betrieben wurden. Die Betriebsdaten (Durchsätze und Drücke) wurden über eine Messwerterfassung kontinuierlich aufgezeichnet. In den Laboruntersuchungen ergab sich beispielsweise für den Membrantyp YAM-100M (UF, 150 kD, Celluloseacetat) bei Beaufschlagung mit einem Modellwasser eine Permeabilität bezogen auf 25°C in der Größenordnung von ca. 250 L/m²/h/bar.
Von Juli bis Dezember 2002 wurden Wickelmodule dieses Membrantyps in der Pilotanlage direkt mit einem oligotrophen Talsperrenwasser beaufschlagt. Im Rahmen der Untersuchungen war zu prüfen, inwieweit mit den Wickelmembranen unter praxisnahen Bedingungen ein stabiler Betrieb erreicht werden kann und ob eine Spülung der Membranen mit Filtrat entgegen der Filtratrichtung möglich ist. Die Pilotanlage wurde so ausgelegt, dass verschiedene Betriebszustände sowie Spülmodi eingestellt werden konnten. Das für die Untersuchungen verwendete Talsperrenwasser wies mit einem spektralen Absorptionskoeffizienten bei 254 nm (SAK254) von 10 1/m einen relativ hohen Gehalt an natürlichen organischen Wasserinhalts-stoffen auf. Während des Betriebs der Pilotanlage nahm die Permeabilität mit der Betriebszeit bedingt durch Fouling erwartungsgemäß deutlich ab. Durch die regelmäßige Spülung der Membranen mit Filtrat konnte die Permeabilität jeweils nur kurzfristig erhöht werden, so dass sich nach ca. 4 - 6 Wochen die Permeabilität soweit verringert hatte, dass eine chemische Reinigung der Membranen mit NaOH/NaOCl erforderlich wurde. Danach ergab sich eine deutlich höhere Permeabilität. Da die Spülung mit Filtrat ohne Zugabe von Chemikalien wie oben erwähnt nur eine kurzfristige Erhöhung der Permeabilität bewirkte, erfolgte in einer weiteren Versuchsphase die regelmäßige Spülung der Membranen mit Filtrat unter Zugabe von Chlorbleichlauge. Durch diese Betriebsweise gelang es, die Permeabilität (bei 25°C) vergleichsweise stabil auf 80 L/m²/h/bar zu halten, einem Wert, wie er bereits in früheren Untersuchungen mit Kapillarrohrmembranen (Ultrafiltration) ermittelt wurde. Der sich unter diesen Bedingungen ergebende Chemikalienbedarf war vergleichsweise niedrig und führte nur zur Bildung geringer Mengen an Desinfektionsneben-produkten.
Nach den gewonnenen Ergebnissen gelingt mit den von der Fa. ZAO entwickelten, rückspülbaren Ultrafiltrationswickelelementen bei der direkten Beaufschlagung mit einem oligotrophen Talsperrenwasser ein stabiler Betrieb sowie ein weitestgehender Trübstoffrückhalt, wie Messungen der Trübung im Zu- und Ablauf der Pilotanlage über den Versuchszeitraum von 4 Monaten belegen.
Im weiteren Verlauf des Vorhabens ist vorgesehen, die Untersuchungen auch auf andere Membrantypen (Material und Porenweite) auszudehnen, um damit deren Einsatzmöglichkeiten und Grenzen für die Trinkwasseraufbereitung zu ermitteln.
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