Wasserwirtschaft 23.11.2007, 19:31 Uhr

Trinkwasser aus dem Meer für eine ganze Kleinstadt  

VDI nachrichten, Aachen, 23. 11. 07, ber – Meerwasserentsalzung nach dem Prinzip der umgekehrten Osmose war bislang ein mühsames Unterfangen mit eher bescheidener Ausbeute. Nun aber können solche Membrananlagen erstmals zigtausend Einwohner mit frischem Trinkwasser versorgen.

Rund 500 000 m3 Meerwasser täglich entsalzt heute eine Membrananlage der neuesten Generation, die nach dem Prinzip der Umkehrosmose (RO = Reverse Osmosis) arbeitet. Die Anfänge dieser Technologie nehmen sich da vergleichsweise bescheiden aus: Während eine 1982 für die Marine gebaute Anlage kaum 100 m3/Tag Trinkwasser dem Meer abtrotzen konnte, produziert eine Anlage auf Lanzarote seit 1989 Tag für Tag immerhin schon 35 000 m3 Trinkwasser.

„Dies ist nicht unbedingt das Ergebnis größerer Anlagen, sondern in erster Linie der Verbesserung der Leistungsfähigkeit von Membran und Modul“, erläuterte Ian Lomax von Dow Water Solutions auf einem Membrankolloquium an der RWTH Aachen den rasanten Fortschritt bei RO-Membranen und -Modulen.

Das Prinzip der Osmose, bei der Wasser durch eine semipermeable Membran in eine Salzlösung diffundiert, wird bei der Gewinnung von Trinkwasser aus dem Meer umgekehrt. Die dabei notwendigen Drücke von mehr als 60 bar führen zu sehr hohen Anforderungen an die Membranen und Komponenten. Auch deshalb blieb diese so genannte Umkehrosmose in der Vergangenheit aus Gründen der Wirtschaftlichkeit auf kleine Einheiten beschränkt.

Heute entwickelt sich die Technologie grundsätzlich in zwei Richtungen: Zum einen steigt die Durchflussrate bei gleichem Differenzdruck, zum anderen wird der Rückhalt an Salzen erhöht. Moderne RO-Membranen halten bereits mehr als 99,4 % der Salze zurück.

Ursprünglich wurden die Membranen als Hohlfaser auf Cellulose-Acetat-Basis gefertigt. Doch schon bald wechselte man auf Polyamid und das so genannte Wickelmodul.

Hierbei handelt es sich um Flachmembranen, die mit einem groben, als Abstandshalter dienenden Gewebe gewickelt werden. Das Gewebe bildet Kanäle, worüber die Membranen tangential angeströmt werden.

Ein Standard-Wickelmodul hat einen Durchmesser von rund 200 mm bei einer Länge von 1000 mm und einer Membranfläche von ca. 37 m².

Erfreulicher Nebeneffekt der technischen Verbesserungen: Die Betriebskosten reduzieren sich deutlich. Kostete 1980 mittels Umkehrosmose entsalztes Wasser noch rund 2 €/m3, so berechnet eine in Singapur betriebene Großanlage zurzeit etwa 0,30 €/m³.

Neben der Trinkwasseraufbereitung lassen sich technische Membranen aber auch höchst effektiv zur biologischen Abwasserreinigung (MBR = Membranbioreaktor) einsetzen. Dabei helfen Mikroben, verschiedenste Schmutzstoffe aus dem Wasser herauszufischen und zu N2, CO2 oder zu Salzen zu verstoffwechseln.

„Beimpft“ man etwa das Abwasser eines produzierenden Betriebs in einem mit Membranmodulen ausgestatteten Behälter mit Klärschlamm, der winzige Mikroorganismen beherbergt, und begast das Ganze mit Luft, so bildet sich darin rasch eine an die jeweiligen Verunreinigungen angepasste Mikrobengesellschaft mit hoher Biomassekonzentration.

Das Permeat, das mit einem Druck von ungefähr 150 mbar bis 200 mbar erzeugt wird, verlässt gereinigt den Membranbioreaktor, während die Kleinstlebewesen im Behälter zurückbleiben.

„Der Flächenbedarf ist wesentlich niedriger, die Reinigung erfolgt wegen höherer Biomassekonzentrationen (ca. 12 g/l gegenüber konventionell 5 g/l) schneller, die entstehende und damit zu entsorgende Schlammproduktion ist geringer, die Kleinstlebewesen passen sich an die Verunreinigungen an, und man erhält einen nahezu keimfreien Permeatablauf“, fasste Dr.-Ing. Klaus Vossenkaul von Koch Membrane Systems in Aachen die Vorzüge dieses Verfahrens gegenüber konventionellen Kläranlagen zusammen.

Gerade bei der biologischen Reinigung von Krankenhausabwässern, wo Viren und von den Patienten ausgeschiedene Pharmaka die Oberflächenwässer gefährden, dürfte sich das Verfahren bezahlt machen.

Eine weitere Einsatzmöglichkeit für Membranen ist die Rückgewinnung von Wertstoffen aus dem Prozesswasser, wobei sich zugleich das Abwasseraufkommen erheblich reduziert.

„Wir können beispielsweise Partikel aus den verschiedensten Beschichtungsprozessen mittels Ultrafiltration zurückgewinnen und wieder verwenden“, berichtete Frank Lipnizki vom Kopenhagener Unternehmen Alfa Laval.

Als Beispiele nannte er Lackpartikel aus dem Abwasser von Elektro-Lackierprozessen, das Beschichtungsmaterial bei der Produktion hochwertiger Papiere, Latexpartikel aus der Produktion von synthetischem Latex oder Tintenpartikel, die für das Bedrucken von Verpackungsmaterial verwendet werden.

Bis zu 79 % des eingesetzten Wassers und ein großer Teil des andernfalls verschwendeten Beschichtungsmaterials lassen sich so zurückgewinnen. Investitionen in entsprechende Anlagen zahlen sich in der Regel in weniger als zwei Jahren aus.

Dank Nanotechnologie ist die Membran nun sogar in der Gastrennung verwendbar. „Auf einer keramischen Unterstruktur wird eine anorganische, nanoporöse Schicht aufgebracht, die wiederum als Stützschicht für ein gas- selektives Molekularsieb dient“, erklärte Dr. Ingolf Voigt vom Hermsdorfer Institut für technische Keramik den Aufbau einer solchen Membran. Selbst heiße Gasmischungen lassen sich über derartige Membranen trennen.

HORST CHMIEL/ber

Mikroben fischen Viren und Pharmaka aus Klinikabwässern

  • Bettina Reckter

    Bettina-Reckter

    Redakteur VDI nachrichten
    Fachthemen: Forschung, Biotechnologie, Chemie/Verfahrenstechnik, Lebensmitteltechnologie, Medizintechnik, Umwelt, Reportagen

  • Horst Chmiel

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