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