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PAkmem – Effektive Aufbereitung problematischer Prozess- und Abwässer mit keramischen Nanofiltrationsmembranen

Förderkennzeichen

02WAV1407

Laufzeit

01.10.16 – 30.09.19

Ziel des Vorhabens

Ziel des Projektes ist die Entwicklung von Verfahren zur integrierten Wasseraufbereitung für salz- und organikhaltige Prozesswässer am Beispiel der Abwässer aus der Erdöl/Erdgas- sowie der keramischen Industrie. Für die gewählten Anwendungen sollen maßgeschneiderte Konzepte entwickelt werden, die jedoch ebenso Potential für eine Übertragung der Technologie auf weitere Einsatzfälle erlauben. Zentrales Aufbereitungsverfahren ist die Nanofiltration (NF) mit keramischen Membranen. Diese Membranen ermöglichen neben der Abtrennung feinster Partikel insbesondere die Teilentsalzung und die Entfernung der wesentlichen organischen Fracht auch aus hoch konzentrierten Abwässern.
Die Kreislaufführung von Wasser ist auch in den gemäßigten Klimazonen von herausragender Bedeutung für den Schutz von Gesundheit und Umwelt, einen effizienten Betrieb und eine nachhaltige Entwicklung industrieller wasserintensiver Prozesse. Neben organischen Belastungen sind hier insbesondere Salzfrachten zu nennen, welche die Kreislaufführung von Prozesswässern behindern. Diese Wässer können aus verschiedenen Industriebranchen stammen. Beispielhaft sind in diesem Vorhaben die Erdöl/Erdgas- sowie die keramische Industrie (Gebrauchsporzellan, technische Keramik etc.) genannt. Sind die Ursprünge auch sehr unterschiedlich, fallen in beiden Industriezweigen große Mengen an organisch (Ölbestandteile bzw. organische Binder) und anorganisch (Salze aus dem Wasseranteil, Ionen aus Stabilisatoren, Hilfs- und (fluoreszierende) Farbstoffe aus der Bauteilprüfung) belastetem Wasser an. Eine weitestgehend Kreislaufführung der Wässer ist von herausragender Bedeutung aufgrund des hohen Wasserbedarfs beider Industriezweige. Weit verbreitete Technologie bei der Behandlung beider Abwasserarten ist die Flockung. Mit dieser lassen sich jedoch nicht alle Abwasserinhaltsstoffe hinreichend gut entfernen. Darüber hinaus wird die Zusammensetzung der zu entsorgenden Feststofffracht durch die eingebrachten Flockungsmittel geändert und die zu entsorgende Masse erhöht. Auch ist der Einsatz der Flockungsmittel ein Kostenfaktor.
Die Aufbereitung des Prozesswassers der Erdöl/Erdgasindustrie wird durch die komplexe Zusammensetzung, es sind organische und anorganische Komponenten enthalten, signifikant erschwert. Neben der hohen Flussleistung, besseren Reinigbarkeit und höheren Stabilität der keramischen Membran ist dies ein weiterer Grund, anorganische Membranen zu verwenden.
Die NF wird mit weiteren Technologien wie z.B. Elektrodialyse und elektrochemischer Totaloxidation zur Zerstörung organischer Inhaltsstoffe kombiniert, um auch die aufkonzentrierten Retentate der Membranprozesse effektiv aufzuarbeiten und das Wasser bedarfsgerecht für die industriellen Prozesse zur Verfügung zu stellen. Im Sinne eines „Zero-Liquid Discharge (ZLD)“ wird als weitere, ergänzende Strategie zur Konzentratbehandlung die Eindampfung der spezifischen konzentrierten Stoffströme untersucht. Ergänzt wird der Projektansatz durch die Entwicklung und den Einsatz neuartiger Monitoring-Verfahren zur Prozessüberwachung und –steuerung.

Inhalt des Vorhabens

Zentrales Entwicklungsziel ist die erfolgreiche Aufreinigung salz- und organikhaltiger Wässer mit dem Ziel diese Wässer wieder für die jeweiligen Produktionsprozesse in der Erdöl/Erdgasindustrie sowie der Keramikindustrie einsetzbar zu machen. Zentraler technischer Bestandteil ist die Synthese, Erprobung und Anwendungen keramischer Nanofiltrationsmembranen unterschiedlicher Geometrie und Oberflächeneigenschaften zur Reinigung der salz- und organikhaltigen, zum Teil abrasiven und teilweise bei erhöhter Temperatur vorliegenden Wässer. Für die beiden unterschiedlichen verwendeten Wässer werden weitere Verfahren entwickelt und angewandt. So wird für die Behandlung der Wässer der Erdöl-/Erdgasindustrie ein kombiniertes Flotations-Filtrationsverfahren als Vorbehandlung erprobt. Für beide Wässer erfolgt eine Nachbehandlung des aufkonzentrierten Retentatstromes zur Abtrennung der Salze als Säure, Laugen oder Salz mit Elektrodialyseverfahren. Die Einbindung weiterer Verfahren, wie Totaloxidation und Eindampfung sollen im Labor überprüft werden.
Die Prozesswasseraufbereitung mit keramischer NF sowie vor und nachgelagerten Schritten soll vor Ort (Feldversuch) an realen Prozesswässern der Erdöl-/Erdgasindustrie bzw. bei Partnern aus der Keramikindustrie getestet werden. Die aufzubauenden Anlagen sollen mit neuartiger, im Projekt entwickelter Messtechnik ausgestattet sein und somit ein innovatives in-line Monitoring erlauben.
Zusammenfassend die wesentlichen wissenschaftlichen und technischen Arbeitsziele:

  • Die Weiterentwicklung und Anpassung weltweit einmaliger keramischer NF-Membranen.
  • Die Prozessentwicklung und -erprobung mit diesen Membranen zur effizienten Aufbereitung organik- und salzhaltiger Abwässer.
  • Die Entwicklung und Erprobung von Elektromembranverfahren zur Retentataufbereitung und Salzrückgewinnung.
  • Die Entwicklung und Erprobung eines kombinierten Flotations-Filtrationsverfahrens zur Vorbehandlung von Abwässer der Erdöl-/Erdgasindustrie.
  • Die Erprobung der nachgeschalteten Verfahren Totaloxidation und Eindampfung.
  • Die Entwicklung, die Erprobung und die Einbindung neuartiger Messtechnik zwecks
    Realisierung eines neuartigen in-line Monitorings.
  • Pilottests an realen Abwässern.

Ziel ist die Entwicklung und Erprobung von integrierten Verfahren zur Wasseraufbereitung für eine effiziente Wasserwiederverwendung und Wasserkreislaufführung mit beispielgebendem Charakter für die adressierten Branchen sowie hohem Übertragbarkeitspotenzial für weitere Industriezweige.

Partner

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akvola Technologies GmbH
Fasanenstr. 1
10623 Berlin
Matan Beery
beery@akvola.com
Fraunhofer Institut für Keramische Technologien und Systeme
Michael-Faraday-Straße 1
07629 Hermsdorf
Marcus Weyd
marcus.weyd@ikts.fraunhofer.de
DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH
Karl-Heine- Straße 109/111
04229 Leipzig
Udo Lubenau
udo.lubenau@dbi-gut.de
SOPAT GmbH
Boyenstraße 41
10115 Berlin
Sebastian Maaß
info@sopat.de
Andreas Junghans – Anlagenbau und Edelstahlbearbeitung GmbH & Co. KG
Chemnitzer Straße 63
09669 Frankenberg
Ivo Rochner
i.rochner@ajunghans.de
Rauschert Kloster Veilsdorf GmbH
Industriestraße 1
98669 Veilsdorf
Volker Prehn
v.prehn@rkv.rauschert.de
LUM GmbH
Justus-von Liebig-Str. 3
12524 Berlin
Dietmar Lerche
d.lerche@lum-gmbh.de
DURAVIT Sanitärporzellan Meißen GmbH
Ziegelstr. 3
01662 Meißen
Rainer Schindler
rainer.schindler@duravit.de

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