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Untersuchungen zum Einsatz von Ultrafiltrationsmembranen zur Aufbereitung von Klarwässern aus der Filterrückspülung mit anschließender Rückführung in den Trinkwasserprozess
Art der Abschlussarbeit
Master
Autoren
- Bochmann, Lydia
Betreuer
- Prof. Dr. André Lerch
- Dr. Kristin Kerst
Weitere Betreuer
Herr Ulf Wiese (Hamburger Wasserwerke GmbH)
Abstract
Aktuelle Klimaprojektionen lassen vermuten, dass es zukünftig zu einer Verringerung
der Sommerniederschläge kommen wird. Vor allem für Großstädte, deren Trinkwasserversorgung
vorrangig durch die Aufbereitung von Grundwasser realisiert wird, kann
diese Entwicklung ein zukünftiges Problem darstellen. Wird zudem ein Bevölkerungswachstum
prognostiziert, wie es in der deutschen Metropole Hamburg der Fall ist, sind
nachhaltige Konzepte zur Erhöhung der Wasserverfügbarkeit zu entwickeln. Eine Möglichkeit,
den Grundwasserleiter zu entlasten, stellt die erneute Aufbereitung des Wassers
aus der Rückspülung der für die Enteisenung und Entmanganung benötigten Filter dar.
Das aufbereitete Wasser wird anschließend rückgeführt und mit dem Rohwasser am
Wasserwerkseingang vermischt. Am Wasserwerk Großhansdorf (HAMBURG WASSER)
könnten damit bis zu 126.000 m³ zusätzliches Trinkwasser pro Jahr produziert werden.
Um eine hygienische Gefährdung des Rohwassers durch die Rückführung von Wasser
aus offenen Absetzbecken auszuschließen, ist die Technologie der Ultrafiltration zu
empfehlen. Bei den in Großhansdorf durchgeführten Pilotierungsversuchen mit einem
dizzer® XL-Modul der Firma inge® stellte sich jedoch heraus, dass im Absetzbecken
enthaltene gelöste Eisen-Ionen ein signifikantes, kolloidales Fouling verursachten. Auch
gelöstes Mangan wird als einflussnehmend auf die Anlagenperformance eingestuft. Es
wird vermutet, dass die gelösten Metall-Ionen in der Stützschicht der Membran oxidieren
und damit ein physikalisch irreversibles Fouling verursachen, welchem nur mit einem
entsprechenden Chemikalieneinsatz zu begegnen ist. Eine Optimierung der Rückspülungen
mit Filtrat zeigte im Gegensatz zur Anwendung chemischer Rückspülungen
keinen Erfolg. Die Probleme im Anlagenbetrieb äußerten sich in einem sprunghaften
Anstieg des transmembranen Drucks innerhalb von sechs Stunden. Als geeignete
Betriebsbedingungen wurden letztendlich die zweimal tägliche Rückspülung, je mit Natronlauge
und Schwefelsäure, sowie eine Rückspülung mit Filtrat in einem 20-minütigen
Intervall identifiziert. Der daraus resultierende Chemikalieneinsatz führt jedoch zu einem
enorm hohen Spülwasseranfall, weswegen die Wirtschaftlichkeit einer nach dem empfohlenen
Verfahren arbeitenden, großtechnischen Anlage als kritisch zu bewerten ist.
der Sommerniederschläge kommen wird. Vor allem für Großstädte, deren Trinkwasserversorgung
vorrangig durch die Aufbereitung von Grundwasser realisiert wird, kann
diese Entwicklung ein zukünftiges Problem darstellen. Wird zudem ein Bevölkerungswachstum
prognostiziert, wie es in der deutschen Metropole Hamburg der Fall ist, sind
nachhaltige Konzepte zur Erhöhung der Wasserverfügbarkeit zu entwickeln. Eine Möglichkeit,
den Grundwasserleiter zu entlasten, stellt die erneute Aufbereitung des Wassers
aus der Rückspülung der für die Enteisenung und Entmanganung benötigten Filter dar.
Das aufbereitete Wasser wird anschließend rückgeführt und mit dem Rohwasser am
Wasserwerkseingang vermischt. Am Wasserwerk Großhansdorf (HAMBURG WASSER)
könnten damit bis zu 126.000 m³ zusätzliches Trinkwasser pro Jahr produziert werden.
Um eine hygienische Gefährdung des Rohwassers durch die Rückführung von Wasser
aus offenen Absetzbecken auszuschließen, ist die Technologie der Ultrafiltration zu
empfehlen. Bei den in Großhansdorf durchgeführten Pilotierungsversuchen mit einem
dizzer® XL-Modul der Firma inge® stellte sich jedoch heraus, dass im Absetzbecken
enthaltene gelöste Eisen-Ionen ein signifikantes, kolloidales Fouling verursachten. Auch
gelöstes Mangan wird als einflussnehmend auf die Anlagenperformance eingestuft. Es
wird vermutet, dass die gelösten Metall-Ionen in der Stützschicht der Membran oxidieren
und damit ein physikalisch irreversibles Fouling verursachen, welchem nur mit einem
entsprechenden Chemikalieneinsatz zu begegnen ist. Eine Optimierung der Rückspülungen
mit Filtrat zeigte im Gegensatz zur Anwendung chemischer Rückspülungen
keinen Erfolg. Die Probleme im Anlagenbetrieb äußerten sich in einem sprunghaften
Anstieg des transmembranen Drucks innerhalb von sechs Stunden. Als geeignete
Betriebsbedingungen wurden letztendlich die zweimal tägliche Rückspülung, je mit Natronlauge
und Schwefelsäure, sowie eine Rückspülung mit Filtrat in einem 20-minütigen
Intervall identifiziert. Der daraus resultierende Chemikalieneinsatz führt jedoch zu einem
enorm hohen Spülwasseranfall, weswegen die Wirtschaftlichkeit einer nach dem empfohlenen
Verfahren arbeitenden, großtechnischen Anlage als kritisch zu bewerten ist.
Zugeordnete Forschungsschwerpunkte
- Membranverfahren der Trink- und Prozesswasseraufbereitung und Abwasserbehandlung
Schlagwörter
Ultrafiltration, Membrantechnik, Spülwasserrecycling, Klarwasserrückführung
Berichtsjahr
2020