Blockadebrecher

Fouling-resistente Umkehrosmose-Membranen in erstem Großprojekt

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24.04.2014 Wenn Filtermembranen durch Beläge blockiert sind, steigen Druckverlust und Energiebedarf drastisch. Gerade bei der Gewinnung von Kesselspeisewasser spielt das „Fouling“ genannte Phänomen aufgrund der hohen Mengen an benötigtem Permeat in Umkehrosmoseprozessen eine gravierende Rolle. Bei Lanxess hat man deshalb spezielle Membranen entwickelt, die aufgrund ihrer Oberflächenbeschaffenheit und der Strömungsführung dem Fouling entgegenwirken. Nun wurden die Filter erstmals im großtechnischen Maßstab eingesetzt.

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Entscheider-Facts Für Planer und Betreiber

  • Fouling stellt bei Membranprozessen ein häufiges Problem dar, das zu sinkenden Filterleistungen und steigendem Energiebedarf führt.
  • Die Entwicklung der Umkehrosmose-Membranen zielt einerseits auf Oberflächen, die der Anhaftung von Kolloiden entgegenwirkt, andererseits auf eine Membrangeometrie, die für turbulente Überströmverhältnisse sorgt.
  • Um Ionenaustauscher und Umkehrosmoseanlagen gleichzeitig auslegen zu können, wurde nun ein Planungstool weiterentwickelt.
Weitere Informationen sowie den kostenlosen Download der Auslegungssoftware finden Sie hier.

Im Heizkraftwerk Chemnitz reinigen 60 Elemente im Umkehrosmose-Verfahren pro Stunde 50 bis 60 Kubikmeter vorgereinigtes Flusswasser für Dampferzeugerprozesse. Mit den Membranen wird in dem Kraftwerk das vom Betreiber vorgegebene Ziel erreicht, die organischen Verunreinigungen des Flusswassers um 90 Prozent zu reduzieren. Entwickelt und konzipiert wurde die Umkehrosmose-Anlage im Chemnitzer HKW von dem Wassertechnikunternehmen Berkefeld, Celle, einer Tochtergesellschaft der Veolia Water Solutions & Technologies.
Der Betreiber der „Energiefabrik“ ist das Unternehmen „eins energie in sachsen“. Der kommunale Energiedienstleister beliefert in der Region Südsachsen rund 400.000 Privat- und Geschäftskunden, davon mehr als 1.000 Industriekunden. In dem Chemnitzer Heizkraftwerk wird nach dem Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) Strom und Fernwärme erzeugt. Drei Kraftwerksblöcke können dafür betrieben werden, zwei auf Basis von einheimischer Rohbraunkohle. Ein Block funktioniert mit Erdgas oder alternativ Heizöl.
Das Kraftwerk bezieht das Wasser für Kühlprozesse und zur Dampferzeugung aus den Flüssen Chemnitz und Zschopau. Abhängig vom jeweiligen Verwendungszweck – als Kühlwasser, Brauchwasser oder fast reines, vollentsalztes Wasser (Deionat) zur Dampferzeugung – sind aufwendige mechanische und chemische Aufbereitungsprozesse erforderlich. Trotz einer Enthärtung und Entsalzung mit Ionenaustauschern enthält das Wasser noch einen hohen Anteil an organischen Substanzen, die im Wasser-Dampf-Kreislauf zu überhöhten Leitfähigkeiten und damit zu Schäden an der Turbine und anderen Bauteilen führen. Die Membranfilterelemente Lewabrane RO B400 FR reduzieren die Schwankungen der Wasserqualität und filtern insbesondere die organischen Stoffe heraus. 90 Prozent des Permeats wird für die folgenden Prozesse als Zusatzspeisewasser verwendet. Auch das Konzentrat, etwa zehn Prozent der Eingangswassermenge, wird dem Brauchwasserkreislauf zugeführt und weiter genutzt.

Membrantechnik für Wasser mit
Fouling-Potenzial

Die Membran-Filterelemente eignen sich besonders für Wässer, die ein starkes Fouling-Potenzial aufweisen. Fouling beschreibt in der Filtration den Prozess der Ablagerung von Partikeln, sogenannten Kolloiden, auf der Membranoberfläche, was zu einer Reduzierung der Filterleistung führt.
Jedes Element verfügt über eine Membranfläche von 37,2 Quadratmetern und hat einen Durchmesser von 201 Millimeter. Die Produkte bestehen aus einer Polyamid-Kompositmembran, die in mehreren Lagen zu einem spiralförmigen Element aufgewickelt wird. „Unsere Filterelemente zeichnen sich durch einen hohen polymeren Vernetzungsgrad und eine geringe Oberflächenladung aus, was per se die Ablagerung von Partikeln reduziert“, erklärt Dr. Jens Lipnizki, Leiter Technical Marketing Membrane in der Business Unit Liquid Purification Technologies bei Lanxess. Bei den neu entwickelten FR-Typen wurde zudem ein besonderer Feedspacer eingebaut. „Die Membranelemente wurden so konstruiert, dass mehr Turbulenzen auf der Anströmungsseite entstehen und sich somit weniger Partikel absetzen können“, so Lipnizki.
Die Filterelemente, die am Standort Bitterfeld produziert werden, sind speziell für die industrielle Wasserbehandlung entwickelt worden. Anwendungsgebiete sind die Aufbereitung von schwach salzigen Brack- und Abwässern mit stärkeren organischen oder biologischen Fouling-Tendenzen.[AS]

Anlagenplanung
Kostenlose Auslegungssoftware

Für die Auslegung von Ionenaustauscher- und Membranfilteranlagen zur industriellen Wasseraufbereitung wurde das Planungstool Lewaplus nun erweitert. Es können jetzt auch komplette Systeme, beispielsweise zur Aufbereitung von Speisewasser, ausgelegt werden. Mit der erweiterten Version kann jetzt auch eine Umkehrosmose mit nachgeschaltetem Ionenaustausch berechnet werden und bei Bedarf sogar mit einem zwischengeschalteten CO2-Riesler – eine typische Anwendung zur Wasseraufbereitung in Kraftwerken. Die Zugabe von Salzen ist in einigen industriellen Anwendungen erforderlich, um die Korrosionseigenschaften des Wassers zu verringern oder um den pH-Wert einzustellen. Die Software berechnet unter anderem RO-Systemkonfigurationen und deren Leistung einschließlich des Förderdrucks und der Permeat-Qualität.

Heftausgabe: Mai 2014

Über den Autor

Armin Scheuermann, Redaktion
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