Mehr Fläche für mehr Leistung

Flachmembranlaminate in industriellen MBR-Anwendungen

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04.05.2015 Rückspülbare Flachmembranlaminate für die Ultrafiltra­tion, getauchte MBR-Module – Begriffe, die man schnell den Membranbioreaktoren für die kommunale Abwasseraufbereitung zuordnen möchte. Das ist aber nicht alles. Sowohl die Laminate selbst als auch das komplette Modul bringen Vorteile für komplexe Anwendungen in schwierigen Umgebungen mit sich – wie eine konstante Qualität des Permeats. Diese ist vor allem in der Prozesstechnik wichtig für alle weiteren Abläufe. Die Module mit den Flachmembranlaminaten von Microdyn Nadir kommen in solchen Anwendungen zum Einsatz.

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Entscheider-Facts Für Betreiber

  • Flachmembranlaminate und getauchte MBR-Module eignen sich nicht nur für kommunale Abwasseranlagen. Aufgrund ihrer chemischen Beständigkeit lassen sich die Flachmembranen auch im harten Industrieabwasser-Umfeld nutzen
  • Schwer abbaubare Stoffe, vor allem öl- und fetthaltige Abwässer, stellen eine Herausforderung für die Anlage dar. Die Vorteile der Membran-Module - neben der Beständigkeit auch die Größe sowie die Reinigungs- und Selbstheilungsfähigkeiten zusammen mit einer vorausschauenden Anlagenplanung - schaffen Abhilfe.

In kommunalen Abwasseranlagen liegen mittlerweile mehrere tausend Quadratmeter Flachmembranlaminat. Die Laminate vereinfachen das Ausstatten großer Kläranlagen vor allem dann, wenn aufgrund bereits existierender Becken Platzmangel besteht. Das Bio-Cel-BC-XL-Modul von Microdyn Nadir trägt dem mit einer Membranfläche von 1.920 m² und seiner kompakten Bauart bei.

Eine Erhöhung der Packungsdichte und somit mehr Membranfläche auf noch geringerer Grundfläche verbessern neben der kompakten Bauweise außerdem die Energiebilanz: Mit steigender Membranfläche lassen sich höhere Permeatleistungen erzielen. Damit verbessert sich das Verhältnis der Belüftung zum produzierten Permeat pro Kubikmeter. Die bei den Modulen eingesetzte, sogenannte Cross-Flow-Belüftung braucht normalerweise viel Energie. Microdyn Nadir setzt hier auf feinblasige Cross-Flow-Belüftung. Im Gegensatz zur grobblasigen Belüftung bringt diese einen besseren Sauerstoffeintrag in das Belebungsbecken mit sich. Diesen zusätzlichen Sauerstoff können die Mikroorganismen im Becken direkt nutzen – das spart Energie. Ein weiterer Vorteil ist der Selbstheilungseffekt der Membranen. Nimmt eine Membran Schaden, ermöglicht der Aufbau des Laminats – durch ein Abstandsgewirk ist die Membran in Taschen angebracht –, dass sich die beschädigte Stelle verschließt. Durch eine größere, verfügbare Membranfläche erhöht sich außerdem die Redundanz: Es besteht die Möglichkeit, in Stoßzeiten Membranfläche zuzuschalten.

Anwender aus der Industrie müssen im Vergleich zur kommunalen Nutzung und je nach Abwasserherkunft unterschiedliche Permeatflüsse als auch Reinigungszyklen berücksichtigen: Während beispielsweise in der kommunalen als auch in der lebensmitteltechnischen Anwendung vergleichbar hohe Flüsse eingestellt werden können, muss der Industrieanlagen-Betreiber diese Flüsse in Verfahren mit schwer biologisch abbaubaren Inhaltsstoffen reduzieren, dafür jedoch den Reinigungszyklus erhöhen. Hierbei lassen sich zusätzlich – in Verbindung mit dem Flachmembranlaminat – die Effekte des mechanischen Reinigungsprozesses MCP nutzen: Feststoffgranulat, welches mittels der induzierten Aufwärtsströmung der Cross-Flow-Belüftung zwischen den Membrantaschen zirkuliert, reinigt die Membran kontinuierlich. Damit verhindert der Reinigungsprozess Fouling und Scaling präventiv, ermöglicht höhere spezifische Flüsse und vermindert den Energiebedarf weiter.

Kritische Inhaltsstoffe: Fette und Öle

Mit einer Trenngrenze von 150 kDa – das entspricht einer Porengröße von 0,04 µm – lassen sich sowohl die Anforderungen der Europäischen Badegewässer-Richtlinie als auch des California Title 22 einhalten. Nimmt die Membran Schaden, trennt das Bio-Cel-Membran­laminat aufgrund seines Selbstheilungs-Effekts weiterhin Feststoffe ab. So ist es möglich, Permeat von guter Qualität auch unter schwierigen Bedingungen zu produzieren.

Eine Herausforderung für die Membran – auch im MBR-Prozess – stellt industrielles Abwasser mit je nach Branche schwer abbaubaren sowie potenziell membranschädigenden Inhaltsstoffen dar. Ein Beispiel für solches Abwasser mit kritischen Inhaltsstoffen ist jenes aus der Aufbereitung von mineralölhaltigen Erzeugnissen. Abwässer dieser Art enthalten meist einen großen Anteil biologisch nicht abbaubarer, fett- und ölhaltiger Inhaltsstoffe. Die Membranen in den Bio-Cel-Modulen bestehen aus Polyethersulfon. Dieses Material ist pH-beständig, eignet sich für Temperaturen zwischen 5 und 95 °C, hat eine Chlorbeständigkeit von 500.000 ppmh, hält einer Vielzahl an Säuren und Laugen stand und ist sehr hydrophil. Damit sinkt das Risiko, dass die Membranen Schäden durch aggressive Medien nehmen. Bei Medien mit hohem Fett- oder Ölanteil sowie oxidierenden Substanzen muss der Betreiber der Anlage auf die Maximalkonzentrationen achten. Aufgrund der hydrophilen Eigenschaften haben die Membrane nur einen bestimmten Toleranzbereich für Öle und Fette. Bis zu einem gewissen Grad – bei der Bio-Cel-Membran 150 mg/l – können diese noch im Zulauf zur MBR-Stufe vorhanden sein. Wird dieser Wert überschritten, ist eine DAF-Stufe (Dissolved air flotation – ein Trennverfahren, bei dem ein im Wasser gelöstes Gas unter Druck wieder ausgast und beim Aufstieg schwebende Feststoffpartikel mitnimmt) notwendig. Hier muss die Abwasser-Vorbehandlung also sorgfältig geplant und ausgelegt werden, damit der Prozess langfristig stabil bleibt.

Heftausgabe: Mai 2015
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Aline Leicht, Application Engineer bei Microdyn Nadir

Über den Autor

Aline Leicht, Application Engineer bei Microdyn Nadir

Aline Leicht, Application Engineer bei Microdyn Nadir

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