rührkessel - Aachener Verfahrenstechnik - RWTH Aachen University

netzförmige Spacer verwendet, die zwar den
Stofftransport verbessern, jedoch einen hohen
Druckverlust im Feedkanal verursachen. Durch
die relativ große Auflagefläche auf der Membran
können Netzspacer weiterhin für das Einsetzen
von Biofouling verantwortlich sein, da
im Bereich der Kontaktlinien zwischen Spacer
und Membran Toträume in der Strömung entstehen
und Regionen mit niedrigen Scherkräften
an der Membran auftreten, wodurch eine
sich entwickelnde Foulingschicht nicht mehr abgetragen
wird. In Anlehnung an bekannte Geometrien
statischer Mischer und strukturierter
Kolonnenpackungen wurde eine zweilagige, mikrostrukturierte
Spacergeometrie entwickelt (s.
Abb. 5), die die membrannahe Konzentrationsgrenzschicht
gezielt erneuert, so dass der Stofftransport
weiter erhöht wird. Die Erneuerung
der Konzentrationsgrenzschicht wird durch eine
geometrieinduzierte, gezielte Durchmischung
der Bulkströmung mit der membrannahen Strömung
erreicht. Gleichzeitig wird die Entstehung
und Ausbreitung einer Foulingschicht auf der
Membran durch die Verwendung punktueller
Kontaktstellen begrenzt, die im Gegensatz zu
den linienförmigen Kontakten bei Netzspacern
keine durchgehende Barriere im Strömungsfeld
darstellen. Strömungssimulationen zeigen weiterhin,
dass im Vergleich zu typischen Netzspacern
höhere Scherkräfte an der Membran
bei ähnlichem Druckverlust im Strömungskanal
gefunden werden. Die Anwendung der Spacer
wurde bisher für die Ultrafiltration und „dichte“
Membranverfahren wie die Umkehrosmose
untersucht. Bei der Ultrafiltration höhermolekularer
Stoffe wie Dextrane konnte der Energieeintrag
bezogen auf die Produktmenge im
Vergleich zur Verwendung von Netzspacern um
bis zu 50% gesenkt werden. Dies lässt darauf
schließen, dass der neugestaltete Spacer speziell
bei ausgeprägter Konzentrationspolarisation
– dies ist die Aufkonzentrierung der zurückgehaltenen
Komponente an der Membran
– große Vorteile im Vergleich zu herkömmlichen
Spacern aufweist. Sogar eine Verwendung
bei Membranbioreaktoren, bei denen bisher keine
Spacer aufgrund der Verblockungsgefahr des
Strömungskanals verwendet werden konnten,
erscheint aufgrund der Barrierefreiheit im Strömungskanal
möglich und wird gegenwärtig un-
tersucht. Für die Spacer wurde 2008 eine Patentanmeldung
in Deutschland vorgenommen und
2009 auf eine europäische Patentanmeldung erweitert.
Abb.5: Spacerprototyp
Wasserwiedergewinnung im EU-Projet
Reclaim Water
Mit zunehmender Wasserknappheit und sinkenden
Grundwasserspiegeln, die weltweit nicht
nur aride Regionen, sondern aufgrund eines hohen
Nutzungsdrucks inzwischen auch gemäßigte
Regionen betrifft, gewinnt die Wiedergewinnung
von Abwasser zu Brauch- und Trinkwasser
an Bedeutung. Hauptziel der weitergehenden
Wasseraufbereitung zum Wasserrecycling
ist die Desinfektion und die Elimination organischer
Restbelastung, vor allem von Spurenstoffen
wie Industriechemikalien und Pharmazeutika.
Hierfür kommen neben etablierten Prozessketten
wie Ultrafiltration gefolgt von Umkehrosmose
bei entsprechender Rohwasserqualität
auch Kombinationen von Aktivkohle und
Nanofiltration in Frage, bei denen beispielsweise
Pulveraktivkohle in den Zulauf einer Nanofiltration
dosiert wird. Zur realitätsnahen Untersuchung
der Verfahrenskombinationen wurden
auf der Kläranlage Aachen-Soers mittels verschiedener
Pilotanlagen der Rückhalt von pathogenen
Keimen und Schwermetallen sowie das
Potenzial zur Entfernung von organischen Spurenstoffen
aus konventionell gereinigtem Abwasser
untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass
Aktivkohle-Nanofiltrationsverfahren eine technisch
und wirtschaftlich interessante Alternative
zu den etablierten Verfahren darstellen. Vorteile
ergeben sich durch geringeren Energiever-
7 Chemische Verfahrenstechnik Rührkessel - Die AVT im Blick