gwf Wasser/Abwasser Trinkwasserkommission (Vorschau)

Membrantechnik
FACHBERICHTE
verantwortlich. Dazu zählen u.a. Effekte, die auf Adsorption,
Hydrophilie und Ladung beruhen. Dementsprechend
können log K OW - oder pK S -Werte von Spurenstoffen
weitere Hinweise hinsichtlich ihrer Entfernbarkeit
mit NF/UO-Membranen liefern [10]. Das Rückhaltevermögen
der NF/UO-Membranen wird jedoch maßgeblich
von der molaren Masse bzw. Größe beeinflusst [11].
Insbesondere für Substanzen mit molaren Massen im
Bereich des MWCO-Wertes nimmt der Einfluss von Hy -
drophilie und Ladung zu. Hydrophobe Substanzen (log
K OW > 3) werden tendenziell schlechter zurückgehalten
[12–13]. Allerdings trifft dies nicht bei jeder Substanz zu.
Daher wird versucht, den Spurenstoffrückhalt an NFund
UO-Membranen mit halbempirischen Modellen
unter Einbeziehung einer Vielzahl von Stoffeigenschaften
zu beschreiben [14]. Darüber hinaus beeinflussen
die natürlich im Wasser vorkommenden Stoffe den Spurenstoffrückhalt.
Dazu zählen beispielsweise Huminstoffe
oder Calciumionen. Huminstoffe können den
Spurenstoffrückhalt begünstigen, während bei erhöhten
Calciumgehalten eine Verschlechterung beobachtet
wurde [15].
Umkehrosmosemembranen weisen im Vergleich zu
Nanofiltrationsmembranen meist einen höheren Rückhalt
für Spurenstoffe auf. Dies liegt im Wesentlichen an
der höheren Trenngrenze für Nanofiltrationsmembranen.
Aufgrund der unterschiedlichen Einflussgrößen
wurde im vorliegenden Fall im ersten Teilprojekt die
Spurenstoffentfernung mittels Umkehrosmose unter
praxisnahen Bedingungen untersucht.
1.3 Entfernung von Spurenstoffen mittels
Verfahrenskombination aus Nanofiltration und
Adsorption an Aktivkohle
Die Kombination von Aktivkohleadsorption und Nanofiltration
ist bisher meist bei Verwendung von Nanofiltrations-Kissenmodulen
[16] oder der kapillaren Nanofiltration
[17] bekannt. Hierbei erlaubt der konstruktive
Aufbau der Membranmodule eine Beaufschlagung mit
partikelhaltigem Wasser. In diesen Fällen wird das aufzubereitende
Rohwasser mit Pulverkohle in Kontakt ge -
bracht und anschließend über die Nanofiltrationsanlage
geführt. Als Vorteile resultieren hieraus u. a. eine Verbesserung
der Permeatqualität sowie ein geringeres Membranfouling.
Diese Technik kann bei den im Trinkwasserbereich
üblichen Wickelmodulen nicht eingesetzt
werden, da diese nicht für die Behandlung stark partikelhaltiger
Wässer geeignet sind.
Bei der Adsorption an Aktivkohle in Festbettadsorbern
konkurrieren die Huminstoffe mit den zu entfernenden
Spurenstoffen um die freien Adsorptionsplätze.
Somit können Spurenstoffe aus huminstoffarmen Wässern
mit einem höheren Wirkungsgrad adsorptiv entfernt
werden [1]. Der hier gewählte Ansatz sieht den
Betrieb einer Nanofiltrationsanlage vor einer Aktivkohlefilterstufe
vor, um die im Rohwasser enthaltenen
Tabelle 2. Übersicht über die Versuchsläufe bei Beaufschlagung einer
Niederdruckumkehrosmoseanlage mit dem gering mineralisierten Wasser A
(lt. Tabelle 1).
Phase
Versuchsdauer
Ausbeute CO 2 -Dosis Antiscalant
Dosis/Wirkstoff
Wochen % mg/L mg/L / –
A 4 80 0 0
B 4 85 50 0
F 20 80 0 0
C 4 90 0 1 / Polycarboxylat
D 4 90 0 0,5 / Polycarboxylat
E 4 90 0 0,8 / Polyacrylsäure
Huminstoffe vor der Adsorptionsstufe abzutrennen.
Dadurch sollte eine längere Laufzeit der Aktivkohlefilter
zu erreichen sein. Da hydrophobe Spurenstoffe, d.h.
unpolare Stoffe durch Membrananlagen tendenziell
schlechter eliminiert werden, jedoch bevorzugt an
Aktivkohle adsorbieren, sollte die Verfahrenskombination
Nanofiltration mit nachgeschalteter Aktivkohleadsorption
in der Lage sein, Spurenstoffe weitergehend
zu entfernen [18]. Das Verhalten polarer Spurenstoffe
bei Anwendung dieser Verfahrenskombination wurde
im zweiten Teil des Projektes untersucht.
2. Durchführung
2.1 Spurenstoffentfernung mittels
Umkehrosmose
Zur Ermittlung des Einflusses der Versuchsbedingungen
auf den Spurenstoffrückhalt wurde eine Versuchsanlage
im halbtechnischen Maßstab über einen Zeitraum von
einem Jahr betrieben. Die Niederdruckumkehrosmoseanlage
bestand aus vier Druckrohren der Dimension
4 Zoll. Jedes Druckrohr war mit zwei Membranelementen
vom Typ TMH10A, Firma Toray bestückt. Die Membranen
wurden mit einem mittleren Flux von 25 L/m²/h
betrieben. Die Versuchsanlage wurde vollautomatisch
betrieben und gestattete eine Online-Erfassung aller
relevanten Drücke und Durchflüsse sowie der elektrischen
Leitfähigkeiten im Feed und im Gesamtpermeat.
Entsprechend Tabelle 2 wurden sechs Versuchsläufe
mit den Bezeichnungen A bis F durchgeführt. In Phase A
wurde über den Versuchszeitraum von vier Wochen
eine Ausbeute von 80 % eingestellt und auf die Zugabe
von CO 2 oder Antiscalant verzichtet, da unter diesen
Betriebsbedingungen gemäß Bild 1 ein LSI-Wert von
etwa –0,1 resultiert. Phase F wurde in Analogie zur
Phase A konzipiert, allerdings mit einer 20-wöchigen
Versuchsdauer. Um in Phase B bei einer Ausbeute von
85 % einen ähnlichen LSI-Wert zu erreichen, war die
Zugabe von 50 mg/L CO 2 erforderlich. In den Phasen A,
B und F wurden keine Antiscalants dosiert.
Juli/August 2013
gwf-Wasser Abwasser 847