Projekt 22858/01

Umweltgerechte Verfahrenstechnik zur Schwimmbadwasser-Kreislaufschließung durch Kombination von Ultrafilrations- und Dialyseanlagen

Projektdurchführung

Schünemann Anlagen GmbH
Buntentorsdeich 1
28201 Bremen

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Schlammwasser aus der Beckenwasseraufbereitung kann soweit gereinigt werden, dass es als Beckenfüllwasser wiederverwendet werden kann. Durch die Kreislaufführung des Wassers kommt es zu einer Aufsalzung. Um diesem Effekt entgegenzuwirken, werden energieintensive Umkehrosmoseanlagen eingesetzt. Ziel des Vorhabens war die Erprobung der energetisch günstigeren Elektrodialyse (EDA) zur Entsalzung bei gleichzeitiger Erzeugung eines chlorhaltigen Anolyts zur Verwendung als Desinfektionsmittel.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIm Zuge der großtechnischen Pilotierung sollten folgende Aspekte untersucht werden:

1. Ermittlung optimaler Betriebsparameter (Stromstärke, Flussdichte, Feedvolumenstrom, Strömungsgeschwindigkeit, Rezirkulationsrate).
2. Untersuchung der physikalisch-chemischen Eigenschaften des Anlagenablaufes (Eliminationsvermögen bezgl. Chloriden, AOX-Verbindungen, Nitrat).
3. Untersuchung der chemischen Eigenschaften des Anolyts (Chlorkonzentration, Desinfektionswirkung, Stabilität)
4. Nachweis der langfristig realisierbaren Salzrückhalterate sowie der hygienisierenden Eigenschaften des Verfahrens im großtechnischen Maßstab.
5. Aufstellung einer Energie- und Stoffbilanz und Vergleich mit dem herkömmlichen Verfahren.

Das Analysenspektrum umfasste darüber hinaus alle für den Bäderbetrieb relevanten mikrobiologischen Inhaltstoffe sowie chemische Parameter.


Ergebnisse und Diskussion

Im ersten Schritt wurden die optimalen Betriebsparameter ermittelt. Dabei zeigten sich in Abhängigkeit von der Rohwasserqualität erhebliche Leistungsschwankungen der EDA. Restliche Trübstoffe im Rohwasser führten auf den Elektrolysemembranen zu Ablagerungen. Dadurch wurde der Stofftransport behindert und der Systemdruck stieg. Mit chemischen Reinigungen konnten die Ablagerungen zwar gelöst werden. Dadurch verringerte sich jedoch die Verfügbarkeit der Anlage und die Betriebskosten stiegen. Die vorgeschaltete Ultrafiltration erwies sich zur Erzielung eines annähernd kontinuierlichen Anlagenbetriebs als zwingend erforderlich. Optimale Abscheidegrade wurden bei einer Betriebsspannung von etwa 25 - 30 V und einer resultierenden Stromdichte von knapp 2 mA/cm² ermittelt. Bezogen auf den Produktvolumenstrom wurde der erwartete niedrige Energiebedarf der EDA bei diesen Bedingungen ge-genüber einer Umkehrosmoseanlage bestätigt.
Für den Einsatz einer EDA zur Betriebswasseraufbereitung ist der Salzrückhalt ein wesentliches Kriterium. Diese Maßgabe wurde mit Abscheidegraden von 60 - 70% bezogen auf die Leitfähigkeit gut erfüllt. Nitrat, das als Verschmutzungsindikator gilt, konnte mit ca. 75 - 80% noch weiter reduziert werden.
Der Rückhalt an Härtebildnern lag ebenfalls bei etwa 70 % und war damit niedriger als bei einer Umkehrosmose. Für eine Wiederverwendung im Badewasserkreislauf war das ein Vorteil gegenüber der Umkehrosmose, weil damit der Bedarf an Natriumhydrogencarbonat zur Erzielung der gem. DIN 19643
geforderten Säurekapazität geringer ist.
Der Rückhalt der Elektrodialyse nimmt mit zunehmender Wertigkeit bzw. abnehmender Ladung der Inhaltsstoffe deutlich ab. Entsprechend konnten für elektrisch neutrale Substanzen wie Chloramine oder THM keine nennenswerten Abscheideraten erreicht werden. Bei Nutzung des EDA-Produkts als Betriebswasser im Badewasserkreislauf würden sich diese Substanzen aufkonzentrieren. Zur Wahrung einer gleichbleibenden Badewasserqualität muss bei Einsatz einer EDA zwingend eine Adsorptionsstufe zur Abtrennung der Desinfektionsnebenprodukte nachgeschaltet werden.
Nennenswerte Mengen an freiem Chlor konnten bei der Behandlung des ultrafiltrierten Beckenwassers (Süßwasserbecken) mit der EDA nicht erzeugt werden. Messbar war jedoch ein Überschuss an freiem Chlor. Die Deckung des Eigenbedarfs der Anlage zur Erzeugung eines hygienisch einwandfreien Produkts wurde damit erreicht. Offenbar ist es aber auch zu einer Chlorzehrung innerhalb der EDA und damit zur Bildung von Chloraminen gekommen. Die Betriebsdaten und Analysewerte zeigen deutlich, dass eine hohe Wasserqualität erforderlich ist zur Erzeugung von Chlor bei Minimierung der internen Chlorzehrung. Die Chlorerzeugung steigt mit zunehmendem Salzgehalt. Der Testbetrieb mit Solewasser zeigte real verwertbare Mengen an freiem Chlor, jedoch gleichzeitig auch eine Verringerung der Abscheiderate für Salze.
Da die Leistungsfähigkeit der EDA in erheblichem Umfang von der Rohwasserqualität, Leitfähigkeit, Stromdichte und Betriebsspannung abhängt, ergab sich nur ein sehr enges Fenster für die Erzeugung verwertbarer Chlormengen bei gleichzeitig effektivem Salzrückhalt. Da aber die Rohwasserzusammensetzung je nach Standort und Nutzungsart der Badebecken eine große Bandbreite aufweist, ist der Betrieb einer EDA als Ersatz für eine Umkehrosmose zur Erzeugung von Betriebswasser technisch noch nicht ausgereift.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Das Projekt wurde während der Planungsphase auf der Interbad 2004 bereits vorgestellt. Die Ergebnispräsentation wird in Abhängigkeit von weiteren Ergebnissen aus einer eigenen Fortsetzung des Projek-tes mit einem solehaltigen Wasser für die Interbad 2006 eingeplant.


Fazit

Der ökologische Aspekt des Forschungsvorhabens - geringerer Energiebedarf als eine Umkehrosmose und gleichzeitige Chlorerzeugung zur Desinfektion - konnte für den Testbetrieb unter optimalen Bedingungen bestätigt werden. Um optimale Bedingungen auch bei variierender Zusammensetzung des Rohwassers zu erzeugen, muss eine technische Anlage mit erheblichen Sicherheiten (Membranfläche, Messtechnik, automatische Reinigung) ausgerüstet werden. Damit wird die EDA aufwendig und teurer als die bisher für diese Zwecke eingesetzte Umkehrosmose. Die gleichzeitig erzeugte Menge an freiem Chlor ist aber zu gering, um den höheren Investitionsaufwand zu rechtfertigen. Einsatzmöglichkeiten können sich ggf. für die Aufbereitung von Schlammwasser aus Solebädern ergeben, für den der Einsatz von Umkehrosmoseanlagen nicht sinnvoll und unwirtschaftlich ist. Durch den hohen Salzgehalt im Sole-Schlammwasser können mit einer EDA verwertbare Mengen an Chlor zur Desinfektion erzeugt werden, bevor das Schlammwasser der Entsorgung zugeführt wird.