Projekt 27540/01

Wissenschaftliche Begleitung eines neuartigen Verfahrens zur Wasseraufbereitung mittels keramischer Membranen und Ozonbelüftung am Beispiel des Seehundbeckens im Zoo Saarbrücken

Projektdurchführung

Zoologischer Garten der Landeshauptstadt Saarbrücken
Graf-Stauffenberg-Str.
66121 Saarbrücken

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Der Zoo Saarbrücken beabsichtigte 2009 den Neubau einer Seehundanlage. Die Zielsetzung lautete hierbei, die Wasseraufbereitungsanlage so zu konzipieren, dass das Wasser im Becken, unter Berücksichtigung wirtschaftlicher und betrieblicher Aspekte, möglichst permanent von klarer Beschaffenheit ist. Wesentlich für diese Zielvorgabe war es, die Bildung von Algen zu unterbinden, um dem Besucher möglichst jederzeit eine ungetrübte Sicht auf die Tiere zu ermöglichen.
Gängige herkömmliche Methoden zur Wasseraufbereitung sind der ständige Wasseraustausch mit Frischwasser, die Verwendung von Sand-/Kiesfiltern oder eine Oxidation/Desinfektion z. B. mit Chlor. Die beiden erstgenannten Lösungen sind häufig unwirtschaftlich oder ökologisch wenig sinnvoll und können zudem nur begrenzte Erfolge bei der Reduzierung von Algen aufweisen. Bei der Verwendung von Chlor ist nicht auszuschließen, dass die die Gesundheit der Tiere gefährdet wird. Daher wollte der Zoo Saarbrücken hier innovativere Lösungen finden.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDen Kern der innovativen Wasseraufbereitungsanlage, welche der Zoo Saarbrücken einsetzen wollte, bilden Reaktoren, die mit feinporigen Keramikmembranen bestückt sind. Ergänzt wurde diese Anlage durch einen Luftionisator und einen Ozonator. Eine ähnliche Anlage wurde bereits in Thailand, insbesondere unter dem Kriterium einer Verhinderung von Algenbildung, erfolgreich getestet. Eine weitere Versuchsanlage existierte bereits in Innsbruck. Das wesentliche Know-how zu dieser Anlage wurde von Herrn Professor Chmiel (Fa. audita in München) geliefert, der auch über die entsprechenden Patente verfügt.
Beim Betrieb dieser Anlage und deren wissenschaftlicher Begleitung über einen Zeitraum von zwei Jahren, sollten alle wesentlichen Parameter erfasst und deren Wirkung auf das Reinigungsergebnis überprüft bzw. optimiert werden. Als Stellschrauben dienten hierbei z. B. die Anordnung des Ionisators und Ozonators, der Energieverbrauch, eine optimale Blasengröße bei der Anströmung der Membran etc.


Ergebnisse und Diskussion

Stapelbare keramische Flachmembranen als Module mit einer Fläche zwischen 5 m2 und 20 m2 und einem mittleren Porendurchmesser von 100 nm, ein Ozongenerator nebst Ozonsensor, ein Aktivkohleadsorber, Pumpen für Filtration und Rückspülung sowie ein Kompressor zur Belüftung der Membranen wurden in einem Container installiert. Dieser wurde unmittelbar neben der bisherigen Seehundanlage im Zoo Saarbrücken aufgestellt.

Das mit Algen verunreinigte Wasser wurde mittels einer Pumpe nach einer Vorfiltration dem Container zugeführt und das durch Membranfiltration gereinigte Wasser in das Seehundbecken zurück geleitet. Die Anlage wurde zunächst ohne Ozon - wie in der Literatur beschrieben - mit Rückspülzyklen 30 min Filtration/30 s Rückspülung betrieben. Die Permeabilität der Membran sank innerhalb von drei Tagen von anfangs über 1.000 l/m2·h·bar auf unter 100 l/m2·h·bar. Dieser Abfall konnte durch Belüftung der Membranen während der Rückspülung um etwa einen Tag hinausgezögert werden.

Eine entscheidende Verbesserung wurde dadurch erzielt, dass man - gemäß DE 10 2006 060 592 - unmittelbar unterhalb des Membranmoduls so viel Ozon zugab, dass auf der Permeatseite der Membran noch 0,4 mg/l gemessen werden konnte. Die Permeabilität sank dann innerhalb einer Woche nur noch bis auf 400 l/m2·h·bar.

Eine weitere Steigerung der Permeabilität auf nahezu konstant 800 l/m2·h·bar war dadurch möglich, dass man mittels einer zusätzlichen Kreislaufpumpe dafür sorgte, dass das Retentat aus dem Membranmodul ständig ausgetragen wird, d.h., dass sich innerhalb des Membranmoduls in Strömungsrichtung kein wesentlicher Konzentrationsgradient ausbildet. Durch Optimierung dieser Kreislaufströmung ist nicht nur eine Reduktion der notwendigen Ozonmenge, sondern auch eine Reduktion der Rückspülzyklen auf einmal täglich und eine Minimierung des Energieaufwands möglich. Da dies aber nicht nur von der Schmutzfracht, sondern auch von der Größe der Anlage abhängt, sind hierzu für jeden Einzelfall Versuche notwendig.

Parallel zu den Versuchen mit Ozon wurden Experimente mit ionisierter Luft durchgeführt. Es zeigte sich, dass sie - wie in DE102009 angegeben - eine aggregierende Wirkung auf im Wasser gelöste bzw. suspendierte Stoffe hat, dass dies aber eine Verweilzeit von größer 30 min benötigt und daher ein zusätzlicher Absetzbehälter erforderlich ist.

Als Problem für die Vermeidung eines häufigen Wasserwechsels im Seehundbecken erwies sich die Aufkonzentrierung von Ammoniumverbindungen als Folge der Ausscheidungen der Seehunde. Hier bieten sich zwei Möglichkeiten zur Entfernung an, der anoxische mikrobielle Abbau und die Umkehrosmose.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Fernsehinterview im SR 3 aktueller Bericht am 09.10.2012
Saarbrücker Zeitung Neues Becken für Seehunde soll Touristen locken und Neue Heimat für Saarbrücker Seehunde am 10.10.2012


Fazit

Die Kombination von Filtration mit keramischer Membran und Ozon hat sich als energiesparendes und umweltschonendes - weil ohne Verwendung von Chemikalien arbeitendes - innovatives Verfahren für die Entfernung mikrobieller Verunreinigungen in Wasser erwiesen. Seit Juni 2012 laufen ergänzende Untersuchungen im Rahmen der zweiten Phase AZ 27540/02.