Druckgetriebene Filtrationsprozesse, wie z.B. die Querstrommikrofiltration, sind in ihrer Leistungsfaehigkeit durch Effekte wie Fouling und Konzentrationspolarisation bzw. Deckschichtwachstum beschraenkt. Ziel der hier genannten Arbeit ist es, durch eine gezielte Induzierung von Stroemungsinstabilitaeten in Form von Sekundaerstroemungen das Deckschichtwachstum an der Membran zu limitieren, somit hoehere Filtratfluesse zu erzielen und den Filtrationsprozess insgesamt effizienter zu betreiben. Die Stroemungsinstabilitaeten werden durch die Stroemungsfuehrung in maeanderfoermig gekruemmten Kapillarmembranen aufgrund von Zentrifugalkraeften erzeugt. In Technikumsversuchen mit Latex- und Hefesuspensionen konnte nachgewiesen werden, dass sich der Filtratfluss durch den Einsatz von Dean Wirbeln gegenueber der Filtration mit geraden Kapillarmembranen um bis zu 140 Prozent steigern laesst, die Effizienz des Prozesses kann bei gleichem spezifischen Filtratfluss sogar um bis zu 400 Prozent hoeher sein. Neben den experimentellen Untersuchungen erfolgt eine intensive theoretische Betrachtung des Filtrationsprozesses. Mit Hilfe einer CFD-Software werden die hydrodynamischen Vorgaenge untersucht und in Hinblick auf den Deckschichtaufbau analysiert. Die Berechnung mehrphasiger Stroemungen und der Ablagerungsmechanismen von Partikeln soll in Zukunft durch die Simulation des dynamischen Deckschichtaufbaus in maeanderfoermig gekruemmten Kapillarmembranen erfolgen und zur Optimierung von Filtrationsmodulen hinsichtlich der Hydrodynamik herangezogen werden.
Im vorliegenden Projekt sollen dünnwandige, keramische Membranen angepasster Benetzbarkeit und hoher volumenspez. Membranfläche entwickelt und zur nachhaltigen Aufbereitung von Bergbauabwässern mittels Nanofiltration und Membrandestillation erprobt werden. Keramische Membranen zeichnen sich durch eine hohe chemische, thermische und mechanische Stabilität aus und sind deshalb polymeren Membranen bezgl. ihrer Leistungsfähigkeit und Langlebigkeit überlegen. Nachteile bestehen in Bezug auf die Herstellungskosten, die in einem hohen manuellen Anteil in der Fertigung und hohen Energiekosten durch die Sinterung begründet sind. Ein wichtiges Thema im Bereich der Abwasserbehandlung und Wasseraufbereitung ist die Entsalzung bzw. Salzaufkonzentrierung, welches im vorliegenden Projekt am Beispiel von Bergbauwässern genauer betrachtet werden soll. Dabei treten Abwasserströme mit sehr unterschiedlichen Salzkonzentrationen auf. In Spülwässern liegen die Konzentrationen im Bereich von kleiner 1g/l und können voraussichtlich mittels Nanofiltration aufbereitet werden. Im Bereich mittlerer Konzentrationen von 1-50g/l soll untersucht werden, ob mittels Nanofiltration eine Fraktionierung der Salze möglich ist und KCl bzw. MgSO4 als Wertstoff aus dem Abwasser gewonnen werden kann. Im Bereich hoher Salzkonzentrationen von größer 50g/l, wie sie als Laugen aus Salzhalden austreten, soll Membrandestillation mit neuartigen dünnwandigen, hydrophoben Mikrofiltrationsmembranen eingesetzt werden. Zusätzlich sollen Flowback-Wässer mit keramischen Membranen gereinigt werden, die auf Grund ihrer Restölgehalte den Einsatz von Polymermembranen unmöglich machen. Die Filtration von Bergbauwässern ist in Bezug auf Trübstoffe und Scaling mit hohem Risiko für Abrasion und Modulverblockung verbunden, weshalb der Einsatz keramischer Membranen sinnvoll ist. Gleichzeitig handelt es sich um hohe Volumenströme, so dass große Membranflächen zum Einsatz kommen und preiswerte Membranen mit hoher volumenspezifischer Membranfläche benötigt werden. Im vorliegenden Projekt sollen deshalb keramische Membranen aus Siliciumcarbid (SiC) und Aluminiumoxid (Al2O3) in Form von Waben und Hohlfaserbündeln mit hydrophoben Makroporen für die Membrandestillation und hydrophilen Nanoporen für die Nanofiltration entwickelt werden. Die Verwendung poröser keramischer Waben und Hohlfaserbündel reduziert den manuellen Handlingsaufwand und damit die Herstellungskosten erheblich. Jedoch stellen die engen, dünnwandigen, großvolumigen Bauteile und die Verwendung in der Querstrom-Filtration und Membrandestillation hohe werkstoffl. Herausforderungen in Bezug auf das Design, die Extrusion, die defektfreie Beschichtung mit NF-Membranen und die gezielte Einstellung der Benetzbarkeit (hydrophobe und hydrophile Oberfläche). Im Verbund arbeiten 8 Partner über die gesamte Wertschöpfungskette von der Membranentwicklung, über die Membranherstellung, die Verfahrensentwicklung, den Anlagenbau bis hin zur Anwendung zusammen.
Im vorliegenden Projekt sollen dünnwandige, keramische Membranen angepasster Benetzbarkeit und hoher volumenspezifischer Membranfläche entwickelt und zur nachhaltigen Aufbereitung von Bergbauabwässern mittels Nanofiltration und Membrandestillation erprobt werden. Keramische Membranen zeichnen sich durch eine hohe chemische, thermische und mechanische Stabilität aus und sind deshalb polymeren Membranen bezgl. ihrer Leistungsfähigkeit und Langlebigkeit überlegen. Nachteile bestehen in Bezug auf die Herstellungskosten, die in einem hohen manuellen Anteil in der Fertigung und hohen Energiekosten durch die Sinterung begründet sind. Ein wichtiges Thema im Bereich der Abwasserbehandlung und Wasseraufbereitung ist die Entsalzung bzw. Salzaufkonzentrierung, welches im vorliegenden Projekt am Beispiel von Bergbauwässern genauer betrachtet werden soll. Dabei treten Abwasserströme mit sehr unterschiedl. Salzkonzentrationen auf. In Spülwässern liegen die Konzentrationen im Bereich von kleiner 1g/l und können voraussichtlich mittels Nanofiltration aufbereitet werden. Im Bereich mittlerer Konzentrationen von 1-50g/l soll untersucht werden, ob mittels Nanofiltration eine Fraktionierung der Salze möglich ist und KCl bzw. MgSO4 als Wertstoff aus dem Abwasser gewonnen werden kann. Im Bereich hoher Salzkonzentrationen von größer 50g/l, wie sie als Laugen aus Salzhalden austreten, soll Membrandestillation mit neuartigen dünnwandigen, hydrophoben Mikrofiltrationsmembranen eingesetzt werden. Zusätzlich sollen Flowback-Wässer mit keramischen Membranen gereinigt werden, die auf Grund ihrer Restölgehalte den Einsatz von Polymermembranen unmöglich machen. Die Filtration von Bergbauwässern ist in Bezug auf Trübstoffe und Scaling mit hohem Risiko für Abrasion und Modulverblockung verbunden, weshalb der Einsatz keramischer Membranen sinnvoll ist. Gleichzeitig handelt es sich um hohe Volumenströme, so dass große Membranflächen zum Einsatz kommen und preiswerte Membranen mit hoher volumenspezifischer Membranfläche benötigt werden. Im vorliegenden Projekt sollen deshalb keramische Membranen aus Siliciumcarbid (SiC) und Aluminiumoxid (Al2O3) in Form von Waben und Hohlfaserbündeln mit hydrophoben Makroporen für die Membrandestillation und hydrophilen Nanoporen für die Nanofiltration entwickelt werden. Die Verwendung poröser keramischer Waben und Hohlfaserbündel reduziert den manuellen Handlingsaufwand und damit die Herstellungskosten erheblich. Jedoch stellen die engen, dünnwandigen, großvolumigen Bauteile und die Verwendung in der Querstrom-Filtration und Membrandestillation hohe werkstoffliche Herausforderungen in Bezug auf das Design, die Extrusion, die defektfreie Beschichtung mit NF-Membranen und die gezielte Einstellung der Benetzbarkeit (hydrophobe und hydrophile Oberfläche). Im Verbund arbeiten 8 Partner über die gesamte Wertschöpfungskette von der Membranentwicklung, über die Membranherstellung, die Verfahrensentwicklung, den Anlagenbau bis hin zur Anwendung zusammen.
Es sollen in Kooperation mit dem Fraunhofer IKTS hergestellte Membranen zur Aufbereitung des Abwassers am Standort Veilsdorf erprobt werden. Vorteile durch den Einsatz von keramischen Nanofiltrationsmembranen: - Einsatz keramischer Filtration zur vollständigen Abtrennung von AFS und zur Reduktion des CSB und des Gehaltes an gelösten Salzen (z.B.: Phosphat) aus den Produktionsabwässern (Kommerzieller Vorteil: Absenkung der Grenzwerte unter ein Minimum führt zur Reduktion bzw. zum Entfallen von Einleitungsgebühren/ Schonung der Umwelt) - Einsparung des Schrittes zur Flockung/ Ersatz durch Membranfiltration und damit Verminderung des Einsatzes von Chemikalien zur Abwasserbehandlung - Entwicklung von alternative Geometrien keramischer inopor®-Membranen zur Verwendung in der Querstromfiltration - Vorbereitung des Abwasserstromes zur Wiederverwendung als Kühlmedium bzw. als Speisewasser für eine Umkehrosmose Anlage und die anschließende Wiederverwertung als Wasser für Aufgaben in der Produktion im Sinne eines ZDL - Testung verschiedener Methoden zur Leistungsregeneration von keramischen Membran z.B. Rückspülung, Forward Flush, Air Scrubbing, angepasste Reinigungsmethoden im Umgebungen mit hohem Foulingpotential - Dezentrale Vorbehandlung von Abwässern direkt am Ort des Anfalls im Werk um Inhomogenität und damit einhergehende Probleme bei der gesammelten Aufarbeitung zu vermeiden. - Etablierung einer geeigneten Analytik zur Nachverfolgung der wichtigen Parameter und Steuerung der Filtrationsprozesse - Durchführungvon Technikurnsversuchen, Feldversuchen und letztlich Aufbau einer Pilotanlage zur Abwasserbehandlung am Standort Veilsdorf in Zusammenarbeit mit dem IKTS Hermsdorf/Schmalkalden und der Fa. Junghans. Die im Rahmen des Projektes optimierten und erfolgreich getesteten Membranen werden bei Rauschert in die Fertigung überführt und unter der Marke inopor® verfügbar sein.
Um die Feuchtmittel bei dem Betrieb von Offset-Druckereimaschinen wiederverwenden zu koennen, muessen ua feinste Schmutzpartikeln aus der waessrigen Phase ausgeschieden werden. Zur Zeit erfolgt die Erprobung der Querstromfiltration.
Wo Rohöl aus der Erde gepumpt wird (on-shore sowie off-shore Ölförderung), wird eine große Menge Wasser mit gefördert, das sog. 'Produced Water' (PW). Dies kann je nach Alter des Ölfeldes bis zu 97Prozent der Fördermenge betragen. Dieses riesige Volumen verursacht bedeutende Umweltprobleme. Nicht zuletzt aus diesem Grund beschäftigt man sich schon sehr lange mit der Aufbereitung von PW. Die konventionellen Verfahren zur Aufreinigung von PW (physikalische, chemische sowie biologische) bringen neben der z.T. unzureichenden Effizienz bei der Abtrennung vom Restöl, dem Hauptkontaminant des Abwassers, eine Reihe von weiteren Nachteilen und Limitierungen mit sich. Ziel dieses Kooperationsprojektes ist daher die Entwicklung eines mehrstufigen Hybridmembranverfahrens basierend auf dynamische Querstromfiltration zur effizienten PW Aufbereitung mittels keramischer Membranscheiben. Dadurch soll das aufgereinigte Wasser anschließend z.B. zur Bewässerung eingesetzt werden können. Dies ist vor dem Hintergrund des fortschreitenden Wassermangels bei steigender Bevölkerungszahl - insbesondere im Umfeld von Ölfeldern - von großer Bedeutung. Auch wird so die Verschmutzung von Wasserreservoirs verhindert. Die kontinuierliche Messung der Ölkonzentration bei der Aufreinigung von PW ist ein wichtiger Indikator für die Effizienz des Aufreinigungsprozesses. Die Entwicklung eines neuartigen Öl-in-Wasser Sensors (Industriemessgerät) sowie eines Online-Partikelgrößenanalysators durch den Projektpartner und dessen Integration im Gesamtsystem soll dies im Projekt ermöglichen. Dadurch soll eine automatisierte Regelung bzw. Steuerung der kritischen Prozessparameter beim Aufreinigungsprozess realisiert und eine hohe Effizienz des Hybridverfahrens erreicht werden.
Das Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines hocheffizienten, energiesparenden und auf dynamischer Querstromfiltration basierenden Membranverfahrens zur Aufbereitung von Produced Water aus Ölfeldern mittels rotierender Keramik-Membranscheiben. Das Ziel des Forschungsvorhabens soll erreicht werden durch: - Neuentwicklung der keramischen Membranscheiben (MF/UF) zur Anpassung an die Anforderungen bei der Aufreinigung von Produced Water unter Variation der Feedeigenschaften und der Prozessparameter, - Neuentwicklung von rotierenden Keramik-Membranscheiben im Nanofiltrationsbereich, - Neuentwicklung eines kompakten mehrstufigen, dynamischen Querstrom-Filtrationssystems mit integrierter Rückspüleinheit sowie neuartigem Strombrecher, - Umsetzung des neuen Anlagenkonzepts zur Aufreinigung von Produced Water sowie Entwicklung und Etablierung eines effizienten Reinigungskonzepts für die Membranscheiben.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 20 |
| Kommune | 1 |
| Land | 1 |
| Wissenschaft | 8 |
| Zivilgesellschaft | 3 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 20 |
| License | Count |
|---|---|
| Offen | 20 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 20 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 13 |
| Webseite | 7 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 9 |
| Lebewesen und Lebensräume | 13 |
| Luft | 11 |
| Mensch und Umwelt | 20 |
| Wasser | 15 |
| Weitere | 20 |