Trinkwassergewinnung aus Meerwasser mittels Umkehrosmose
Trinkwassergewinnung aus Meerwasser mittels Umkehrosmose
Trinkwassergewinnung aus Meerwasser mittels Umkehrosmose
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1. Einleitung<br />
Wie im ersten Teil gezeigt wurde, kann<br />
durch die Anwendung einer Energierück -<br />
gewinnung der notwendige Energiebedarf<br />
bei der <strong>Umkehrosmose</strong> deutlich gesenkt<br />
werden /1/. Die damit sich ergebende<br />
Reduzierung der Wassergestehungskosten<br />
zeigt eine Kostenrechnung. Darin werden<br />
alle entstehenden Kosten berücksichtigt,<br />
auch die, welche notwendig sind, um das<br />
Rohwasser vorzubehandeln. Hierbei wird<br />
der Aufwand für eine Rohwasser vor -<br />
behandlung <strong>mittels</strong> einer Ultrafiltration<br />
analysiert. Bei der Berechnung wird von<br />
der einfachsten Anlagen<strong>aus</strong>führung <strong>aus</strong>ge -<br />
gangen. Es handelt sich dabei sowohl bei<br />
der Ultrafiltration als auch bei der Um -<br />
kehrosmose um eine einstufige An lagen -<br />
<strong>aus</strong>führung ohne Konzentrat rück führung.<br />
Die für diesen Fall berechneten Kosten<br />
gelten nur in Verbindung mit den an -<br />
genommenen Preisen, Standzeiten und<br />
Annahmen bezüglich der Abschreibung<br />
und Betriebsdauer (Auslastungsgrad). Die<br />
im Folgenden zugrunde gelegten Werte<br />
sind Orientierungswerte. Sie können in<br />
Bezug auf praktisch angewandte Verfahren<br />
und Produkten deutlich von den hier<br />
angenommenen abweichen. Daher ist es<br />
notwendig, das beschriebene Rechen -<br />
schema auf den jeweils konkreten Fall<br />
anzuwenden. Der Beitrag will dazu<br />
anregen entsprechende Berechnungen<br />
durchzuführen, um sich Klarheit über die<br />
jeweils vorliegende Kostensituation zu<br />
verschaffen.<br />
2. Kostenrechnung<br />
Auf Basis von Kostenrechnungen kann<br />
eine ganzheitliche Betrachtung alter -<br />
nativer Technologien durchgeführt und die<br />
günstigste Alternative ermittelt werden.<br />
Bei der folgenden Berechnung wird von<br />
einer Membrananlage mit Membran -<br />
modulen <strong>aus</strong>gegangen, die dem Fließ -<br />
schema in Abb.1 im Teil 1 entspricht /1/.<br />
Nach diesem Fließschema können<br />
Anlagen zur Mikro- und Ultrafiltration zur<br />
Vorbehandlung von Wasser sowie zur<br />
<strong>Umkehrosmose</strong> zur Trinkwasserge win -<br />
nung errichtet werden. In der Umkehros -<br />
mose stufe wird das salzhaltige Wasser<br />
<strong>mittels</strong> einer Hochdruckpumpe auf einen<br />
Druck oberhalb des osmotischen Drucks<br />
komprimiert. Dieser wird wesentlich von<br />
dem Salzgehalt im Zulauf und der<br />
Konzentrierung des Salzes in der Anlage<br />
bestimmt. Die Konzentrierung wird über<br />
den Volumenstrom des Konzentratablaufs<br />
geregelt.<br />
Die Investitionskosten KI einer solchen<br />
Membrananlage setzen sich wie folgt<br />
zusammen:<br />
(1)<br />
KM: Membrankosten<br />
KA: Anlagenkosten<br />
KGN: Gebäude- und Nebenkosten<br />
KER: Kosten für Anlage zur Energie -<br />
rückgewinnung<br />
Die Membrankosten KM steigen pro -<br />
portional mit der Membranfläche an und<br />
beinhalten die Kosten für die im Laufe der<br />
Nutzungsdauer der Anlage mehrmals <strong>aus</strong> -<br />
zut<strong>aus</strong>chenden Membraneinheiten (Mem -<br />
branplatten bzw. -rohre, Wickelelemente<br />
oder auch komplette Membranmodule).<br />
Die Kosten für die Teile der Membran -<br />
module, die über die Nutzungsdauer der<br />
Schwerpunktthemen<br />
<strong>Trinkwassergewinnung</strong> <strong>aus</strong><br />
<strong>Meerwasser</strong> <strong>mittels</strong> <strong>Umkehrosmose</strong><br />
Teil 2: Kostenrechnung unter Berücksichtigung<br />
einer vorgeschalteten Ultrafitration<br />
K. Nikol<strong>aus</strong>, S. Ripperger*<br />
Die <strong>Umkehrosmose</strong> ist das am häufigsten eingesetzte Membranverfahren zur <strong>Trinkwassergewinnung</strong> <strong>aus</strong> Meer- und<br />
Brackwasser. Dabei muss der über die Membran wirkende osmotische Druck überwunden werden. Zum Betrieb der<br />
hierzu notwendigen Hochdruckpumpen muss Energie zugeführt werden. Da nur ein Teil des Rohwassers als Trinkwasser<br />
gewonnen wird, wurden Systeme zur Rückgewinnung der im Konzentrat enthaltenden Druckenergie entwickelt.<br />
Die Grundlagen der zugehörigen Anlagenberechnung wurden für den Fall einer einstufigen Betriebsweise ohne Konzen -<br />
tratrück führung im Teil 1 beschrieben /1/. Im Folgenden werden die dabei entstehenden Trinkwasser gestehungskosten<br />
abgeschätzt. Dabei wird als Vorreinigung eine Ultrafiltrationsstufe berücksichtigt. Die Berechnungen sollen einen Eindruck<br />
vermitteln, mit welchen Gestehungskosten heute gerechnet werden kann. Da u. a. in Bezug auf die Membranstandzeiten<br />
und -kosten, den Abschreibungszeitraum und die Energiekosten Annahmen getroffen werden mussten, wird auch das<br />
Berechnungsschema vorgestellt, so dass Rechnungen auf Basis anderer Werte vergleichend durchgeführt werden können.<br />
* Dipl.-Ing. Kai Nikol<strong>aus</strong><br />
Prof. Dr.-Ing. Siegfried Ripperger<br />
Lehrstuhl für Mechanische Verfahrenstechnik<br />
TU Kaiserslautern<br />
Tel.: 0631-205-2121<br />
www.uni-kl.de/mvt<br />
Anlage nicht <strong>aus</strong>get<strong>aus</strong>cht werden müssen<br />
(z. B. Anschlüsse, Druckgehäuse, Pum pen,<br />
Behälter, Rohre), sowie die Montage -<br />
kosten werden zweckmäßigerweise den<br />
Anlagenkosten KA zugerechnet. Die<br />
Anlagenkosten KA können aufgrund der<br />
Planungsunterlagen und vorliegenden<br />
Angeboten für Pumpen, Bauteile und<br />
Instrumenten ermittelt werden. Sie können<br />
auch auf der Kostenbasis von bereits<br />
errichteten Anlagen abgeschätzt werden.<br />
Hierbei ist darauf zu achten, dass der<br />
Verarbeitungs- und Ausrüstungsstandard<br />
sowie die verwendeten Werkstoffe der zu<br />
vergleichenden Anlagen übereinstimmt.<br />
Dabei müssen Kosten früherer Jahren mit<br />
Hilfe von Preisindizes korrigiert werden.<br />
Da die Größe der Vergleichsanlage meist<br />
nicht mit der aktuell zu planenden Anlage<br />
übereinstimmt, ist auch hierzu eine<br />
Umrechnung notwendig. Im Fall von<br />
Membrananlagen bietet es sich an, die<br />
Membranfläche oder die Anzahl der<br />
Membranmodule zur Kennzeichnung der<br />
Anlagengröße zu wählen. Entsprechend<br />
den Erfahrungen steigt der Preis unter -<br />
proportional mit der Membranfläche bzw.<br />
der Membranmodulanzahl an. Die Ab -<br />
hängig keit der Anlagenkosten von der<br />
Membranfläche kann für einen be stim -<br />
mten Ausführungsstandard wie folgt<br />
erfasst werden:<br />
(2)<br />
KAB: Kosten einer errichteten Anlage mit<br />
gleichem Standard (Bezugsanlage)<br />
A: Membranfläche<br />
AB: Membranfläche der Bezugsanlage<br />
m: Degressionsexponent<br />
KAB ist vom verarbeiteten Werkstoff,<br />
den verwendeten Membranmodulen und<br />
vom Ausführungsstandard abhängig. Es<br />
62 F & S Filtrieren und Separieren Jahrgang 24 (2010) Nr. 2
Schwerpunktthemen<br />
muss geprüft werden, ob diese Ausführung<br />
auch für die zu planende Anlage zutrifft.<br />
Für den Degressionsexponenten m wurden<br />
für Anlagen mit einem hohen Anteil von<br />
Behältern und Kolonnen Werte zwischen<br />
0,6 und 0,7 ermittelt. Für Anlagen mit<br />
einem hohen Anteil an Rohrleitungen<br />
werden oft Werte über 0,8 angegeben.<br />
RAUTENBACH /2/ konnte die Inve sti -<br />
tionskosten von Umkehros mose anlagen<br />
zur <strong>Trinkwassergewinnung</strong> mit Kapazi -<br />
täten von 4000 bis 100.000 m 3 /d mit<br />
Exponenten im Bereich von 0,8 bis 0,85<br />
recht gut beschreiben. Dabei nutzte er zur<br />
Kennzeichnung der Anlagengröße die<br />
Kapazität C (in m 3 /d) der Anlage zur<br />
Trink wassererzeugung und beschreibt die<br />
Gesamtinvestitionskosten KI (in US$) für<br />
eine <strong>Meerwasser</strong>entsalzungsanlage mit<br />
KI =8880 ·C 0,85 . Bei den vorliegenden<br />
Berechnungen werden darüber hin<strong>aus</strong> die<br />
Investitionskosten in Modul- bzw. Mem -<br />
brankosten und Rest-Anlagenkosten<br />
aufgeteilt.<br />
Die Gebäude- und Nebenkosten KGN<br />
sowie die Montagekosten KMo müssen<br />
aufgrund der jeweils vorliegenden Ge -<br />
geben heiten abgeschätzt werden. Bei der<br />
Anwendung einer Energierück gewinnung<br />
(ER) bei der <strong>Umkehrosmose</strong> sind durch<br />
den apparativen Aufwand entsprechend<br />
zusätzliche Investitionskosten KER zu<br />
tragen. Es können Druckt<strong>aus</strong>cher, Pelton -<br />
turbinen oder einen Hydraulic turbo<br />
charger eingesetzt werden /1/.<br />
Im Folgenden wird die Kosten vergleichsmethode<br />
angewendet, d. h. die Auf -<br />
wendungen für einzelne Verfahrens -<br />
varianten werden für einen bestimmten<br />
Zeitraum ermittelt (meist ein Jahr) und<br />
miteinander verglichen. Bei bekannter<br />
Anlagenkapazität können auf dieser Basis<br />
auch spezifische Trinkwasser gestehungs -<br />
kosten ermittelt werden. Die jährlichen<br />
Gesamtkosten KG ergeben sich <strong>aus</strong> dem<br />
Kapitaldienst KKD (als eine Folge der<br />
Investitionskosten KI) und den Betriebs -<br />
kosten KB.<br />
(3)<br />
Den Kapitaldienst KKD ermittelt man<br />
<strong>aus</strong> der Abschreibung der Anlage und der<br />
sich dar<strong>aus</strong> ergebenden Annuität. Eine<br />
Abschreibung berücksichtigt die Wert -<br />
minderung der Anlage bzw. die schritt -<br />
weise Rückführung des investierten<br />
Kapitals. Bei der Kostenrechnung wird im<br />
Folgenden von einer linearen Abschrei -<br />
bung <strong>aus</strong>gegangen. Ein Restwert der<br />
Anlage am Ende der Lebensdauer wird<br />
nicht berücksichtigt. Die Annuität ist der<br />
Geld betrag, der zur Tilgung des Anlage -<br />
kapitals KI und für dessen Verzinsung<br />
jährlich aufgebracht werden muss. Ist der<br />
jährliche Tilgungsbetrag konstant und der<br />
Zinsfuß p (nicht in Prozent) während der<br />
Jahre der Kreditlaufzeit n fest, so ergibt sich<br />
die Annuität aufgrund der Investition zu:<br />
(4)<br />
a ist der Annuitätsfaktor (Tilgungsfaktor).<br />
Die jährlichen Betriebskosten KB setzen<br />
sich wie folgt zusammen:<br />
(5)<br />
KM Membrankosten<br />
nM Standzeit der Membran in Jahren<br />
t jährliche Betriebsstunden<br />
P Leistungsbedarf (kW) (z. B. für<br />
Pumpen)<br />
kE Preis für Elektroenergie (€/kWh)<br />
KR Kosten für die Membranreinigung<br />
KW Kosten für die Wartung und<br />
Instandhaltung<br />
KP Gesamtkosten für das Pretreatment<br />
bei der <strong>Umkehrosmose</strong><br />
Zur Abschätzung der Membraner -<br />
satzkosten KM/nM sind Annahmen über die<br />
zu erwartende Lebensdauer not wendig.<br />
Die Membranersatzkosten kön nen, je nach<br />
Konstruktion der Mem branmodule, sehr<br />
verschieden sein. Der Aust<strong>aus</strong>ch ganzer<br />
Membranmodule ist im Vergleich zum<br />
Aust<strong>aus</strong>ch von Mem branplatten oder -<br />
rohren nicht sehr arbeits aufwendig, dafür<br />
sind die spezi fischen Membrankosten für<br />
die <strong>aus</strong>zu t<strong>aus</strong>chenden Einheiten meist<br />
höher.<br />
Die Energiekosten sind bei vielen<br />
Membrananwendungen ein nicht zu<br />
vernachlässigender Kostenfaktor. Bei<br />
Anlagen mit einer Konzentratrückführung<br />
und einer hohen Membranüberströmung<br />
wird der Leistungsbedarf P wesentlich von<br />
dem umgewälzten Volumen und dem<br />
Druckabfall im zirkulierenden Volumen -<br />
strom und vom Druckniveau der Speise -<br />
pumpe abhängig. Man erhält:<br />
·<br />
VZ<br />
·<br />
VF<br />
zirkulierender Volumenstrom<br />
zugeführter Volumenstrom<br />
Δ ρF Druckerhöhung der Speisepumpe<br />
(6)<br />
Δ ρZ Druckabfall im Umwälzkreislauf<br />
ηZ Wirkungsgrad der Umwälzpumpe<br />
ηF Wirkungsgrad der Speisepumpe<br />
Bei Anlagen ohne Konzentrat rück -<br />
führung (siehe Abb.1 <strong>aus</strong> Teil1 /1/) entfällt<br />
der erste Term in Gleichung (6), wodurch<br />
der Leistungsbedarf meist auch wesentlich<br />
reduziert wird. Bezieht man die Leistung<br />
auf den Permeatstrom, so erhält man die<br />
spezifische Arbeit w, die pro Volumen -<br />
einheit Permeat aufgewendet werden<br />
muss.<br />
Entsprechend den großen Unter schie -<br />
den in den Reinigungszyklen und -proze -<br />
duren müssen die Reinigungskosten KR<br />
von Fall zu Fall abgeschätzt werden. Sie<br />
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F & S Filtrieren und Separieren Jahrgang 24 (2010) Nr. 2 63<br />
GF1d10<br />
Crossflow<br />
Membranfiltration<br />
Flüssigkeiten konzentrieren<br />
Lösungen separieren<br />
Wertstoffe zurückgewinnen<br />
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Tabelle 1: Angenommene Parameter zur Kostenrechnung<br />
Wasserkosten auch die Aufwendungen zur<br />
Entsorgung der verbrauchten Reinigungs -<br />
lösungen.<br />
Um Ausfälle zu vermeiden, müssen<br />
Wartungs- und Instandhaltungskosten KW<br />
aufgewendet werden. Sie sind von der<br />
Größe der Anlage, ihrem Ausführungs -<br />
standard und den Betriebsbedingungen<br />
abhängig. Es ist üblich, die Wartungs -<br />
kosten KW auf die Investitionskosten zu<br />
beziehen. Sie werden pro Jahr oft mit 2 bis<br />
3 % der Investitionskosten angesetzt.<br />
Bei der Anlagenkonzeption ist auch der<br />
Gesichtspunkt der Anlagenverfügbarkeit<br />
zu beachten. Bei den Rechnungen wird<br />
angenommen, dass die Filtrations- bzw.<br />
<strong>Umkehrosmose</strong>anlage über die geplante<br />
Betriebszeit t nahezu störungsfrei arbeitet,<br />
was mit absoluter Sicherheit in der Praxis<br />
nicht gewährleistet werden kann. Solange<br />
die Verfügbarkeit kein kritisches Kriterium<br />
ist, ist dieses Ausfallrisiko in den<br />
p<strong>aus</strong>chalen Wartungskosten enthalten. Ist<br />
jedoch ein Ausfall der Anlage mit hohen<br />
Folgekosten verbunden, z. B. verursacht<br />
durch eine Produktionsunterbrechung, so<br />
wird man die Verfügbarkeit durch eine<br />
gezielte Überdimensionierung (evtl. auch<br />
in Form von Stand-by-Modulblöcken) und<br />
eine Parallelschaltung von Anlagen<br />
sicherstellen.<br />
Die spezifischen Wassergestehungs -<br />
kosten K errechnen sich <strong>aus</strong> den jährlichen<br />
Gesamtkosten KG bezogen auf den<br />
gesamten Permeatvolumenstrom · VP der<br />
Anlage.<br />
(7)<br />
In Gl. 5 werden die jährlichen Gesamt -<br />
kosten KG der Ultrafiltration als zu sätz -<br />
liche Betriebskosten der Umkehr osmose<br />
in Form von Pretreatmentkosten KP<br />
berücksichtigt.<br />
Im Folgenden wird eine Kosten -<br />
rechnung für eine Anlage mit einer<br />
täglichen Kapazität von C=200 m 3 /d<br />
durch geführt. Berücksichtigt man, dass<br />
zur <strong>Umkehrosmose</strong> mittlerweile Anlagen<br />
mit einer Kapazität von 200.000 m 3 /d und<br />
mehr errichtet wurden, so handelt es sich<br />
um eine relativ kleine Anlage. Ihre<br />
Kapazität reicht <strong>aus</strong> um den Trink wasser -<br />
bedarf von etwa 2000 bis 3000 Personen<br />
zu decken.<br />
3. Kostenrechnung zur<br />
Vorfiltration von <strong>Meerwasser</strong><br />
<strong>mittels</strong> Ultrafiltration<br />
Die Gesamtkosten einer Umkehr -<br />
osmoseanlage werden nicht unwesentlich<br />
von den Aufwendungen zum Pretreatment<br />
beeinflusst. Durch das Pretreatment des<br />
Zulaufs soll ein Fouling und Scaling der<br />
Membranen weitgehend verhindert wer -<br />
den. Zunehmend wird die Mikro- oder<br />
Ultrafiltration in Form einer kombinierten<br />
Dead-End- und Crossflow-Filtration zur<br />
Vorbehandlung eingesetzt /3/. Dabei wird<br />
üblicherweise zeitweise der Konzentrat -<br />
ablauf geschlossen (Dead-End-Filtration)<br />
und in bestimmten Abständen kurzeitig<br />
wieder geöffnet, so dass in dieser Zeit -<br />
spanne eine Crossflow-Filtration meist mit<br />
einer gleichzeitigen Rückspülung der<br />
Membran vorliegt. Mit dieser Betriebs -<br />
weise werden in Bezug auf die<br />
Vorbehandlung hohe Ausbeuten erzielt (im<br />
Bereich von 90 bis 96 %). Je nach Art des<br />
Wassers kann die Vorbehandlung noch<br />
durch den Einsatz von Flockungsmitteln<br />
unterstützt werden. Die Planung der<br />
Vorbehandlungsanlage setzt die Kenntnis<br />
der im Wasser vorhandenen Störsub -<br />
stanzen und ihre störende Wirkung vor<strong>aus</strong>.<br />
Die Störsubstanzen können in membran -<br />
schädigende und in membranblockierende<br />
Substanzen eingeteilt werden. Membran -<br />
Schwerpunktthemen<br />
schädigende Substanzen (z. B. freies Chor,<br />
Sauerstoff, Lösungsmittel) zerstören oder<br />
verändern das Membranmaterial /2/. Dies<br />
kann eine erhöhte Salzpassage zur Folge<br />
haben.<br />
Zur Ultrafitration wird von einem<br />
Membranmodul mit einer Kapillar -<br />
membran und einer Membranfläche von<br />
95 m 2 <strong>aus</strong>gegangen (Membranlänge: 1,8<br />
m, Membraninnendurchmesser: 1,2 mm)<br />
eingesetzt. Die mittlere transmembrane<br />
Druckdifferenz wird mit 200 mbar an -<br />
genommen. Der mittlere spezifische<br />
Permeatfluss wird mit 80 l/m 2 h vor -<br />
gegeben. Weitere die Kostenrechnung<br />
beeinflussende Parameter zur Ultrafiltra -<br />
tion sind in Tabelle 1 aufgeführt. Dabei<br />
handelt es sich um Erfahrungswerte, die<br />
jedoch nicht alle Fälle abdecken. Zu<br />
beachten ist auch, dass im kommunalen<br />
Bereich wesentlich längere Abschrei -<br />
bungs zeiträume als im industriellen<br />
Bereich üblich sind, da in der Regel eine<br />
längere Nutzungsdauer der Anlagen<br />
gewährleistet werden kann.<br />
Der geforderte Filtratstrom entspricht<br />
dem Zulauf der <strong>Umkehrosmose</strong>anlage und<br />
wird bei einer vorgegebenen Kapazität<br />
wesentlich von deren Ausbeute be ein -<br />
flusst. Diese Kopplung der beiden Ver -<br />
fahren wird bei der Berechnung berück -<br />
sichtigt.<br />
4. Kostenrechnung zur<br />
<strong>Umkehrosmose</strong> von<br />
<strong>Meerwasser</strong> zur<br />
<strong>Trinkwassergewinnung</strong><br />
Wie bereits im ersten Teil beschrieben,<br />
kann der spezifische Permeatfluss νP.<br />
durch die Membran durch das treibende<br />
Druckgefälle und die Membrankonstante<br />
KW berechnet werden (Gleichung 12,<br />
Teil 1). Die nachfolgende Berechnung<br />
wird mit einer Membrankonstante von<br />
1,5 l/(m2barh) und einer Druckerhöhung<br />
gegenüber dem osmotischen Druck am<br />
Ausgang der Anlage um den Faktor k = 1,1<br />
durchgeführt /1/. Die Anzahl der Mem -<br />
branmodule in der Gesamtanlage wird<br />
durch den spezifischen Permeatstrom im<br />
Einzelmodul bestimmt. Die gesamte<br />
Membranfläche A ergibt sich <strong>aus</strong> dem<br />
Quotienten <strong>aus</strong> der vorgegebenen An -<br />
·<br />
lagen kapazität VP und dem spezifischen<br />
Permeatfluss, νP.<br />
(8)<br />
Weitere Parameter zur Kostenrechnung<br />
zur <strong>Umkehrosmose</strong> sind ebenfalls in<br />
Tabelle 1 eingetragen.<br />
5. Ergebnisse<br />
In Abb. 1 sind die spezifischen Kosten<br />
für die Ultrafiltration für verschiedene<br />
Ausbeuten der <strong>Umkehrosmose</strong>anlage<br />
64 F & S Filtrieren und Separieren Jahrgang 24 (2010) Nr. 2
Schwerpunktthemen<br />
aufgetragen. Wie bereits in Abschnitt 3<br />
beschrieben, erhöhen sich die spezifischen<br />
Pretreatmentkosten mit größer werdender<br />
Ausbeute der <strong>Umkehrosmose</strong>anlage, da<br />
dadurch eine kleinere Anlage für die<br />
Ultrafiltration notwendig wird. Es ergeben<br />
sich spezifischen Pretreatmentkosten von<br />
etwa 0,06 bis 0,07 € pro m 3 Zulauf der<br />
<strong>Umkehrosmose</strong>anlage. Bei der Ultra -<br />
filtration werden die spezifischen Kosten<br />
in der Regel auf das Filtrat bezogen.<br />
Entsprechend werden in Abb. 2 die<br />
Pretreatmentkosten der Umkehr osmose -<br />
anlage auf das Permeat der Umkehr -<br />
osmoseanlage bezogen. Zur Berechnung<br />
der spezifischen Pretreatmentkosten für<br />
die <strong>Umkehrosmose</strong> ist die Abhängigkeit<br />
zur deren Ausbeute φ zu berücksichtigen.<br />
Abb. 2 zeigt die einzelnen spezifischen<br />
Kosten für eine Anlagenkapazität von<br />
200 m 3 /d über der Ausbeute aufgetragen.<br />
Beim Zulaufstrom wird von einem<br />
Salzgehalt von 3,5 % <strong>aus</strong>gegangen, was<br />
einem osmotischen Druck von 29,2 bar<br />
entspricht. Der Betriebsdruck am Ausgang<br />
der Anlage wurde bei der Berechnung<br />
10 % höher als der zu überwindende<br />
osmotische Druck angenommen (siehe<br />
Teil 1) /1/. Durch die Kopplung des<br />
notwendigen Betriebsdruckes mit dem<br />
osmotischen Druck, ergeben sich durch<br />
die Variation der Ausbeuten auch ent -<br />
sprechend unterschiedliche Betriebs -<br />
drücke (vgl. Teil 1). Mit steigender<br />
Ausbeute steigt der osmotische Druck<br />
beim Prozess an, so dass die Betriebs -<br />
drücke bei dieser Auslegungsweise von 45<br />
bar bei einer Ausbeute von 30 % bis 110<br />
bar bei einer Ausbeute von 70 % variiert<br />
werden. Der Wirkungsgrad der Pumpe<br />
wurde mit 80 %, der Wirkungsgrad der<br />
Energierückgewinnung mit 90 %<br />
angenommen.<br />
Das Ergebnis zeigt, dass der größte<br />
Anteil der Gesamtkosten durch die Kosten<br />
für den Energiebedarf verursacht wird.<br />
Auch die Abschreibungen, die besonders<br />
bei geringen Ausbeuten ansteigen, bilden<br />
einen sehr großen Anteil der Gesamt -<br />
kosten. Dadurch verschiebt sich die<br />
optimale Ausbeute bei der Berück sichti -<br />
gung aller Kosten zu größeren Werten als<br />
in Teil 1 bei der Analyse des reinen<br />
Energiebedarfes /1/. Bei einer Ausbeute<br />
von etwa 68 % liegen die niedrigsten<br />
Gesamtkosten bei etwa 0,70 €/m 3 . Durch<br />
die Energierückgewinnung kann ein<br />
gewisser Anteil der Kosten eingespart<br />
werden. Die resultierende Einsparung ist<br />
Abb. 1: Pretreatmentkosten für die Ultrafiltrafion<br />
Abb. 2: Wassergestehungskosten für <strong>Meerwasser</strong><br />
mit etwa 0,06 €/m 3 jedoch relativ gering.<br />
Es ist zu beachten, dass zur Energie -<br />
rückgewinnung zusätzliche Investitions -<br />
kosten für eine entsprechende Apparatur<br />
berücksichtigt wurden. Es muss im<br />
Einzelfall entschieden werden, ob die<br />
Investition für ein Energierück ge win nungssytem<br />
sinnvoll ist. Bei der Betrachtung<br />
aller entstehenden Kosten wird ebenfalls<br />
deutlich, dass die Kosten für das Pretreat -<br />
ment einen nicht zu vernach lässigenden<br />
Anteil bilden. Die Ergebnisse wurden mit<br />
einem Rechenprogramm berechnet das<br />
auch für eine Parameter studie zur<br />
Verfügung steht.<br />
Literatur:<br />
/1/ K. Nikol<strong>aus</strong>, S. Ripperger: <strong>Trinkwassergewinnung</strong> <strong>aus</strong><br />
<strong>Meerwasser</strong> <strong>mittels</strong> <strong>Umkehrosmose</strong>, Teil 1: Grundlagen<br />
und energetische Betrachtung, Filtrieren und Separieren<br />
24 (2010), Nr. 1, S.6 ff<br />
/2/ R. Rautenbach, T. Melin, Membranverfahren, Springer<br />
Verlag, 3. Auflage, 2007<br />
/3/ S. Ripperger: Anwendung der Mikro- und Ultrafiltration<br />
zur Wasseraufbereitung. Filtrieren und Separieren 23<br />
(2009), Nr. 5, S. 246-252<br />
F & S Filtrieren und Separieren Jahrgang 24 (2010) Nr. 2 65