Produktsymbiose mit Riesenwuchs

Getauchtes Membranmodul für Bioreaktoren

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21.07.2016 Was passiert, wenn zwei Spezialisten für Membran-Bioreaktoren eine Symbiose eingehen? Microdyn-Nadir und Huber haben ihre jeweiligen Technologien analysiert, um gemeinsam einen Meilenstein in der Membran-Bioreaktortechnik zur Abwasser-Aufbereitung zu entwickeln.

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Entscheider-Facts für Betreiber

  • Die Kombination des rotierenden VRM-Membransystems mit der Bio-Cel-Membran-Laminattechnologie ermöglicht ein Bioreaktor-Modul mit über 9.000 m² Gesamtfläche.
  • Mit Membran-Laminattechnologie produzierte Membranmodule erfordern weniger Trägermaterial als Plattenkonstruktionen, und durch den Selbstheilungs-Mechanismus sind sie robuster als Hohlfasermembranen.
  • Der rotierende Betrieb spart im Vergleich zu feststehenden Modulen Energie ein, da die Membranen nacheinander durch den Spülluft-Strahl rotieren und die Spülluft nur halb so tief eingebracht werden muss.

Das Resultat ist das Bioreaktor-Modul VRM 50 mit einer Membranfläche von insgesamt 9.220 m², größer als ein für internationale Spiele zertifiziertes Fußballfeld. Der Durchsatz kann bis 300 m³/h betragen. Es ist damit das größte getauchte MBR-Modul, das einerseits die Laminattechnologie enthält und andererseits rotierend betrieben wird. Die Unternehmen, die bereits seit 2003 kooperieren, stellten das Riesen-Modul Ende Mai 2016 auf der Ifat vor.

Kombinierte Vorteile zweier Systeme

Dem Modul zugrunde liegt das VRM-System von Huber, ein rotierendes Membransystem. Die Membranmodule sind in belebten Schlamm getaucht und segmentweise um mittig montierte Spülluftlanzen angeordnet. Ein Filterantrieb dreht die trapezförmigen Membransegmente durch einen von Luft erzeugten Spülstrahl. Die aufsteigenden Luftblasen reinigen kontinuierlich den aufkonzentrierten Schlamm von der Membranoberfläche ab. Bei gleichzeitig reduziertem Energieverbrauch trägt dies zuverlässig Deckschichten aus den Plattenzwischenräumen ab und reduziert das bekannte Fouling.

Die trapezförmigen Membransegmente bringen die Bio-Cel-Technologie des Membran- und Modulherstellers Microdyn-Nadir ins Spiel. Für das Bestücken der trapezförmigen Segmente kommt anstatt der ursprünglich auf einer Platte aufgeschweißten Nadir-Flachmembran nun die Membranlaminat-Technologie zum Einsatz. Sie kombiniert die Vorteile der Hohlfaser- und der Flachmembran- oder Plattenkonstruktion. Anders als bei Letzterer ist das Bio-Cel-Membranlaminat rückspülbar wie ein Hohlfasermodul, allerdings treten Probleme wie die bei Hohlfasermodulen auftretende Verzopfung nicht auf. Statt die Membran von beiden Seiten auf einer Trägerplatte zu befestigen, ist sie von zwei Seiten auf ein Abstandsgewirk laminiert. Aus dem entstandenen Laminat werden anschließend „Taschen“ zugeschnitten, welche dann an den Rändern verschweißt werden. Abgesaugt wird das klare Filtrat über eine Öffnung in der Mitte.

Selbstheilung und Rotation

Der Selbstheilungsmechanismus des Membranlaminats bewirkt eine konstante Ablaufqualität auch bei Schäden an der Membran. Erfährt die Membran Schäden, ermöglicht das Abstandsgewirk im Kern des Laminats, dass die im System befindliche Biomasse die beschädigte Stelle verschließt. Bakterien und Feststoffe können das Membranmodul nicht passieren. Laborversuche haben gezeigt, dass auch unter ungünstigsten Bedingungen oberflächliche Beschädigungen der Membran in weniger als zwei Minuten „verheilen“.

Die Kombination aus rotierendem Modulsystem und Membranlaminat-Technologie bewirkt einige Vorteile. Die Konstruktion des Laminats spart im Vergleich zur Plattenrahmen-Konstruktion eine große Menge an Kunststoff ein, und das vorgestellte Riesenmodul ist trotz seiner Abmessungen von 4,5 m Durchmesser und 7 m Gesamtlänge insgesamt leichter als sein kleinerer Vorgänger, das VRM-30-Modul. Ein sparsamer Motor mit einer Leistung von nur 750 W reicht als Antrieb für die langsame Rotation von 1 U/min aus.

Wegen dieser Rotation ist die Luftspülung nur auf der oberen Hälfte der Modulfläche nötig, da die Segmente langsam am Spülstrahl vorbei rotieren. Dies erfordert nur den halben Differenzdruck und damit weniger Energie. „Wir erzielen eine Energieeinsparung von etwa 50 % gegenüber feststehenden Modulen“, sagt Thomas Pohlers, Produkt- und Prozessmanager in der Abteilung Industrie und Membranen bei Huber. In der Praxis bewirkt die Größe des Moduls geringere Betriebs-und Investitionskosten bei gleichzeitig höherer der Betriebssicherheit und Packungsdichte. „Mit der Kombination unserer beiden Technologien haben wir wirklich eine bahnbrechende Produkt-Symbiose gestartet“, sagt Walter Lamparter, CEO von Microdyn-Nadir. „Die ausgeklügelte und einzigartige Membranlaminat-Technologie hat uns einfach überzeugt“, sagt Dr. Oliver Rong, Vorstand bei Huber. Im Bereich Abwasserbehandlung mit Membranbioreaktoren gebe es in den letzten Jahren keine zuverlässigere Lösung am Markt. „So können wir die Packungsdichte deutlich erhöhen und dementsprechend mehr Membranfläche in einem Modul verbauen und außerdem erheblich Kosten und Energie sparen.“ [ak]

Hier finden Sie weitere Informationen der Hersteller Huber und Microdyn-Nadir.

Mehr zum Thema Membran-Bioreaktoren können Sie hier auf unserem Portal nachlesen.

Heftausgabe: August 2016

Über den Autor

Ansgar Kretschmer, Redaktion
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