Projekt 20695/01

Entwicklung einer Ultrafiltrationsanlage zur weitergehenden Reinigung des Ablaufes aus vollbiologischen Kleinkläranlagen und von Schmutzwässern ähnlicher Zusammensetzung

Projektträger

ATB Umwelttechnologien GmbH
Südstr. 2
32457 Porta Westfalica
Telefon: 05731/30230-0

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Im Rahmen des weltweit notwendigen Wasserrecyclings sollte das zu entwickelnde System im Bereich dezentraler Abwasserreinigung als zusätzliche Reinigungsstufe eingesetzt werden können. Abwasser aus Kleinkläranlagen, welches nach den aktuellen gesetzlichen Bestimmungen gereinigt wurde, enthält noch eine Vielzahl organischen Materials, welches eine hygienisch unbedenkliche erneute Nutzung nicht erlaubt. Durch die Nachschaltung einer Ultrafiltrationsmembran werden diese Stoffe rein mechanisch abgetrennt. Das Ergebnis ist ein Filtrat welches den Bestimmungen der EU-Badegewässerrichtlinie genügt und somit als Brauchwasser wieder verwendet werden kann. Das Ziel war es ein System zu entwickeln, welches kostengünstig in Anschaffung und Wartung ist, eine hohe Filterstandzeit aufweist sowie in der Lage ist, verschiedene Abwasserqualitäten zu reinigen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie gesetzten Ziele für das Produkt hängen von verschiedenen Faktoren ab. Hier sind insbesondere die Qualität des eingesetzten Membranmoduls und die Verfahrensführung von entscheidender Bedeutung. Zu Beginn des Projektes wurden daher zunächst einmal verschiedene in Frage kommende Membransysteme und -module ermittelt. Parallel dazu wurde eine Maschinentechnik projektiert, die es erlaubt die Verfahrensführung umzusetzen. Nach Funktionstests der Kombinationen Maschinentechnik und Membranmodul wurden hiervon mehrere Komplettsysteme mit dem Charakter von Funktionsmustern erstellt und in einem Dauerversuch unter identischen Bedingungen getestet. Der Dauerversuch half das beste Membranmodul zu isolieren und Unstimmigkeiten in der Verfahrensführung zu eliminieren. Das Ergebnis dieser Auswahl war dabei der Prototyp, welcher in den anschließenden Feldtests am realen Objekt, nämlich Kleinkläranlagen im ländlichen Raum, weiter überprüft wurde. Nach Abschluss dieser Feldtests sind auch die Umstände im praktischen Betrieb bekannt.


Ergebnisse und Diskussion

Mit der Membranverfahrenstechnik können Feststoffe entfernt und pathogene Keime eliminiert werden. Mit dem so behandelten Abwasser kann eine Qualität nach der EU- Badegewässerverordnung erzielt und so einer Nutzung als Brauchwasser zugeführt werden.

Während der Untersuchungen auf der Versuchsanlage wurden unterschiedliche Membranmodule variierenden Betriebseinstellungen ausgesetzt, bei denen sich teilweise erhebliche Leistungsunterschiede zwischen den Modulen zeigten. Entgegen der ursprünglichen Annahme, nimmt die Permeabilität in feststoffarmen Wasser jedoch stärker ab als bisher angenommen. Ursache hierfür scheint die Herausbildung einer dichteren Deckschicht und das Verblocken der Membranporen durch die geringere Partikelgröße in feststoffarmen Wasser zu sein. Eine häufigere Spülung der Membranen kann das Abfallen der Permeabilität nicht dauerhaft verhindern. Auch durch eine zusätzliche Beschichtung einer herkömmlichen Polymermembran mit antibakteriell wirkendem Silber konnte die Deckschichtbildung nicht vermin-dert werden. Auf eine Belüftung oder Überströmung der Membranoberfläche kann demnach bei der Versuchsanordnung nicht verzichtet werden. Die Verringerung des Energieaufwandes ist verfahrensbedingt so nicht möglich.

Eine Schwerkraftmembrananlage wurde entwickelt und erprobt. Für diese Anlage ist eine Pumpe entbehrlich. Allein der hydrostatische Druck reicht als treibende Kraft des Verfahrens. Dieses System ist stationär aufstellbar. Eine mobile Variante wurde mit dem Prototyp Schwimmtonne gebaut. Diese Schwimmtonne kann in ein Gewässer eingebracht werden und nach Bedarf kann über eine Pumpe Permeat abgezogen werden. Beide Systeme wurden stabil betrieben. Diese Systeme sind eine Lösung zur Erzeugung von Wasser, welches weitgehend frei von pathogenen Keimen ist. Die Kosten pro Ku-bikmeter Wasser sind aufgrund der Investition deutlich über den Kosten des Stadtwassers in Zentraleuropa.

Als Alternative zum bislang üblichen Einsatz von Reinigungschemikalien, erwies sich die Verwendung von künstlich abrasiv wirkenden Stoffen. Das eingesetzte, kugelförmige Granulat erzeugte zusätzliche Scherkräfte an der Membranoberfläche und konnte damit das Wachstum der Deckschicht verringern. Ähnlich wie durch den Einsatz von Wasserstoffperoxyd konnte mit dem Granulat die Standzeit des Moduls verlängert werden.

Die Kosten einer Membrananlage werden im Wesentlichen durch die Membranmodule, sowie die Steuerungs- und Regelungstechnik bestimmt. Für die Nachschaltung einer Kleinkläranlage und dem Vergleich mit sich auf dem Markt befindlichen Membranbelebungsanlagen muss man jedoch bedenken, dass eine zusätzliche vollbiologische Kläranlage erforderlich wäre.

Die Kosten für die Wartung der Anlagen wurden wegen der unsicheren Datenbasis nicht abgeschätzt. Es kann jedoch gesagt werden, dass die Reinigung der Module umfangreicher ist, als die Wartung einer konventionellen Kleinkläranlage. Da die Membrankosten ein wesentlicher Faktor, nicht nur bei der Inves-tition, sondern auch bei den Betriebskosten darstellt (Regeneration bzw. Reinigung der Membranmodule sowie erhöhte Kosten durch längere Belüftung), ist es wichtig, die Laufzeit bzw. die Membranstandzeit zu erhöhen. Mit einer optimierten Regelung des Permeatabzuges kann ein schonender Betrieb der Membranmodule gewährleistet werden, wodurch längere Membranstandzeiten möglich sind.


Fazit

Die Ziele des Forschungsvorhabens wurden von der technischen Seite erreicht. Die unmittelbare kommerzielle Verwertung dieser Technologie ist aufgrund der Marktchancen in Zentraleuropa wie auch in strukturschwachen Ländern derzeit nicht darstellbar.