Festlegung, Entwicklung und Bewertung von Alternativwerkstoffen sowie Lösungen zu deren Verarbeitbarkeit mit dem Ziel der Verbesserung der Laminateigenschaften des Drainagematerials in getauchten Membransystemen (InnoMemSys)

Projektlaufzeit:

02/2013 - 03/2015

Projektleitung (Fakultät):

Herr Prof. Dr. rer. nat. Hardy Müller (Automobil- und Maschinenbau)

Kontakt:

Herr Prof. Dr. rer. nat. Hardy Müller

+49 (3765) 5521 37
Hardy.Muellerfh-zwickaude

Fördermittelgeber:

BMWi

Situation

Einer unserer wichtigsten „Rohstoffe“ ist Wasser. Der Pro-Kopf-Verbrauch an Trinkwasser in den privaten Haushalten und im Kleingewerbe Deutschlands liegt bei ca. 120 L/Tag. Andere Industrienationen verbrauchen teilweise bis zur 4-fachen Menge. Der Gesamtwasser-Pro-Kopf-Verbrauch in Deutschland liegt bei ca. 1000 L/Tag.

Die erforderlichen Mengen Wasser in unterschiedlichen Qualitätsstufen können nur durch Anwendung geeigneter effizienter Reinigungsverfahren zur Verfügung gestellt werden. Dabei gilt es Ressourcen zu schonen, den energetischen Aufwand gering zu halten und notwendige, teilweise neue erweiterte, hygienische Anforderungen zu erfüllen. Besonders Membranfiltrationsverfahren bieten die Möglichkeit, definierte Reinheitswerte zu erreichen.

Im Bereich Abwasserreinigung haben sich in den letzten Jahren mit der Ein¬führung der Membranfiltrationstechnik zahlreiche Verbesserungen ergeben. Ultrafiltrationsmembranen ermöglichen die Wiederzuführung eines nahezu partikelfreien und damit auch mikro¬biologisch stabilen Wassers in den natürlichen Wasserkreislauf. Die Ultrafiltration bildet eine sichere Barriere für Feststoffe und Bakterien (bis zu 99,99 %/4-log-Stufen) und führt zu einem hohen Rückhalt von Viren (ca. 50%). Aufgrund der hohen Feststoffkonzentration in den Abwässern kommen bevorzugt getauchte Membranmodule zum Einsatz. Die erste Generation dieser Membranfiltrationsanlagen aus den 1990er Jahren verfügt technologie¬bedingt über ein Reihe von Nachteilen, die einen sicheren und stabilen Langzeitbetrieb unter den aktuellen Bedingungen zunehmend behindern. Dies gilt auch für Systeme, die im Bereich der flächigen Membranen heute den Stand der Technik bestimmen z.B. die Membransysteme der Firmen Huber SE, A3 Water Solutions GmbH, newterra GmbH oder Microdyn-Nadir GmbH. Einsatzgebiete liegen in den Bereichen kommunaler und industrieller Abwässer, bei der Aufbereitung von Gärresten sowie in der Vorfiltration von Klarwasser.

Aufgabe

Innerhalb des Gesamtprojektes wurde an drei Teilprojekten mit den Themengebieten Materialentwicklung, Anlagenentwicklung und Anwendungstechnik gearbeitet, die durch folgende Teilprojekttitel charakterisiert sind:

  • Entwicklung einer neuartigen technologischen Lösung zur Formierung von Membranpaketen in getauchten Membransystemen durch den partiellen Verguss der Membrantaschen sowie einer raum- und materialsparenden Gestellvariante, durch welche die Membranpakete geringstmöglich belastet werden (GeBaSys)
  • Festlegung, Entwicklung und Bewertung von Alternativwerkstoffen sowie Lösungen zu deren Verarbeitbarkeit mit dem Ziel der Verbesserung der Laminateigenschaften des Drainagematerials in getauchten Membransystemen (WHZ)
  • Entwicklung und Optimierung eines industriefähigen Systemdesigns auf der Basis von Untersuchungen des Verhaltens der Membran und des neuen Membranverbundes (Laminat) unter praxisnahen Betriebsbedingungen im kommunalen Abwasser (TUD).

Aufbauend auf die Materialuntersuchungen und der Entwicklung von Filtertaschen an der WHZ wurde durch die GeBaSys eine Technologie entwickelt, um die Filtertaschen zu neuartigen Modulen zu fügen.

Ergebnis

Innerhalb des Teilprojektes gelang es einen neuen Filtertaschenverbund zu entwickeln. Dazu wurde die Eignung kommerzielle Filtermembranen für die Ultra- und Mikrofiltration zur Herstellung eines Verbundsystem und deren Leistungseigenschaften untersucht. Parallel dazu wurden neue stabile flussoptimierte Drainagevliese entwickelt. Beide wurden den Anforderungen entsprechend zu einem festen Verbund gefügt. Mittels Ultraschallschweißen können die Membranverbunde dimensioniert und die Kanten versiegelt werden. Zur Verhinderung von Leckagen an den Schweißkanten wurde ein ergänzendes Verfahren zur transparenten Kantenbeschichtung mit PU-Dispersionen entwickelt, das eine 100%ige Sicherheit gewährleistet.

Durch den Projektpartner GeBaSys wurden die entwickelten Filtertaschen zur Herstellung konstruktiv neuartiger Filtermodule verwendet, die durch einen Verguss an den Ecken eine stabile Stapelung der Taschen und gleichzeitig den flusstechnischen Anschluss ermöglichen. Aus diesen Modulen wurde nachfolgend ein Membransystem realisiert, das für vielfältige Einsatzgebiete geeignet ist. Das Ziel, die Erreichung einer Filterflächendichte von 100 m²/m³ benutzten Raum, wurde umgesetzt.

Modell einer modularen Filtrationseinheit, die individuell nach Kundenanforderung und Filtrationsproblem konfigurierbar ist

Anhang

Bild 1 zum Ergebnis: Modell einer modularen Filtrationseinheit, die individuell nach Kundenanforderung und Filtrationsproblem konfigurierbar ist