Rotierendes Meisterstück

Die Microdyn-Nadir-Membranlaminattechnologie ist im Grunde eine smarte Kombination der Vorteile von Hohlfaser- und Flachmembran-/Plattenkonstruktionen. Anders als bei einer Flachmembran-/Plattenkonstruktion ist das Bio-Cel-Membranlaminat rückspülbar wie ein Hohlfasermodul, allerdings treten Probleme wie die Verzopfung, mit denen Hohlfasermodule zu kämpfen haben, nicht auf. Die selbsttragende Membrantasche ist nur 2 mm dünn, was eine hohe Packungsdichte bei gleichzeitig geringem Energiebedarf ermöglicht. Darüber hinaus besitzt das Bio-Cel-Modul einen Selbstheilungsmechanismus. Kommt es zu einer Beschädigung der Membran, so ermöglicht das Abstandsgewirk im Kern des Membranlaminats, dass die im System befindliche Biomasse die Beschädigung verschließt. Bakterien und Feststoffe können auch nach Auftreten einer Beschädigung durch das Membranmodul zurückgehalten werden. Dies ermöglicht, selbst bei Beschädigung des Membranlaminats, eine konstant hohe Ablaufqualität. Die begrenzungsfreien Kanäle der Module verhindern während des kontinuierlichen Querstrombetriebs wirkungsvoll die Ansammlung von Schlamm und Fasern. Die selbsttragende Struktur des Membranmoduls erlaubt eine rahmenfreie Installation, wodurch Verblockungen in den Randbereichen der Taschen vermieden werden.

Bei der VRM-Membranfiltration von Huber handelt es sich um ein rotierendes System. Die Membranmodule sind in den belebten Schlamm getaucht und segmentweise um mittig montierte Spülluftlanzen angeordnet. Ein Filterantrieb dreht die trapezförmigen Membransegmente durch einen von Luft erzeugten Spülstrahl. Die aufsteigenden Luftblasen transportieren den aufkonzentrierten Schlamm kontinuierlich in den Membranzwischenräumen nach oben. Effektiv und zuverlässig werden Deckschichten und Partikel von der Membranoberfläche abgetragen und damit das Fouling reduziert. Dies erfolgt bei einem stark reduziertem Energieverbrauch, da durch die Rotation die Einbringtiefe der Luft halbiert wird. Außerdem wird rotationsbedingt nur immer ein Bereich der installierten Membranfläche durch die Spülluft gereinigt. Bei niedrigen Zulaufmengen geht die Anlage zudem in einen Energiesparmodus, bei dem die Luft intermittierend betrieben wird.

In Zusammenarbeit mit Microdyn-Nadir wurde die Huber-Membranfiltration einem grundlegenden Redesign unterzogen. Gemeinsames Ziel war es, die größte getauchte Filtrationseinheit zu entwickeln, die die zahlreichen Vorteile des rotierenden Membransystems mit denen der Bio-Cel-Modultechnologie vereint. Für die Bestückung der trapezförmigen Membransegmente wird nun, anstatt der ursprünglichen, auf einer Platte aufgeschweißten Nadir-Flachmembran, auf die smarte Laminattechnologie gesetzt.

Das Ergebnis kann sich sehen lassen: Durchsatzleistungen bis zu 300 m³/h und eine energieeffiziente, aber hochwirksame Rotationsreinigung der Membranen, die mit weniger als 150 l/m²h Spülluft auskommt. Gleichzeitig zeichnen sich die Bio-Cel-Module durch eine lange Lebensdauer aus, sind kostengünstig zu reinigen und gewährleisten als Ultrafiltrationsmembrane eine hervorragende Ablaufqualität. Mit einer Membranfläche von über 9200 m² ist die Membranfiltration VRM 50, die auf der Ifat 2016 ausgestellt wurde, aktuell die größte auf dem Markt verfügbare Filtrationseinheit.

Die rotierende Membranfiltration VRM wird seit vielen Jahren erfolgreich bei kommunalen und industriellen Membranbelebungsverfahren eingesetzt. Mit einem Membranbelebungsverfahren können die für den Klärprozess notwendigen Bauwerke kleiner gestaltet und die Reinigungsleistung der Kläranlage gesteigert werden. Das VRM-Membranbelebungsverfahren ist eine Kombination aus biologischer Abwasserreinigung und Fest-Flüssig-Trennung. Das mechanisch vorgereinigte Abwasser wird belüftet, biologisch gereinigt und nach dem Niederdruckprinzip durch die Ultrafiltrationsmembran gesaugt und so von allen Feststoffen, Bakterien und nahezu allen Viren befreit. Probleme wie Schwimmschlamm oder Schlammabtrieb sind bei dieser Technik aufgrund der Abkehr von der klassischen Sedimentation zur Filtration direkt aus dem belebten Schlamm kein Problem mehr. Durch Erhöhung der Konzentration der aktiven Biomasse auf 12 bis 15 g/l kann die Leistungsfähigkeit bestehender konventioneller Abwasseranlagen gesteigert werden, ohne größere Beckenvolumina zu benötigen.

Auch bestehende Bauwerke lassen sich durch ein Membranbelebungsverfahren einfach ertüchtigen. Vorhandene Vor- und Nachklärbecken können nach Umbau als Puffer- und Reservebecken dienen. Weiterhin ist die Ablaufqualität solcher Anlagen durch Bakterien- und Keimfreiheit in Einklang mit allen aktuellen Richtlinien und ermöglicht sogar die direkte Wiederverwendung als Brauchwasser (z. B. zur Bewässerung).

Huber verwendet für alle Membranverfahren hydrophile Membranen mit sehr guten Filtrationseigenschaften und einer geringen Affinität für zum Fouling neigendende und Belag bildende Abwasserinhaltsstoffe. Auf die Porengröße bezogen liegen die Membranen im Bereich der Ultrafiltration (die Porengröße beträgt ca. 38 nm). Neben der wässrigen Phase gelangen lediglich Ionen und niedermolekular gelöste Substanzen durch die Membran. Typische flächenbezogene Durchsatzraten sind bis zu 35 l/m²h.

www.prozesstechnik-online.deSuchwort: cav0816microdynnadir

Redakteurin, cav chemie anlagen verfahren

Was war der Auslöser für die Überarbeitung der Huber Membranfiltration VRM?

Rong: Huber und Microdyn-Nadir arbeiten seit vielen Jahren erfolgreich zusammen. Huber verwendet seit eh und je die Membranen von Microdyn-Nadir für die Membranfiltration VRM. Daher war es Huber auch nicht entgangen, dass sich die Bio-Cel-Module im Markt erfolgreich bewährt haben und dass diese Technologie Vorteile gegenüber dem bisherigen System von Huber aufweist. Da wir alle unsere Produkte permanent weiterentwickeln und optimieren, entstand dabei die Idee für eine neue Membranfiltration.

Wer kam auf die Idee, die VRM-Technologie mit den Bio-Cel-Modulen zu kombinieren?

Lamparter: Diese Idee entstand tatsächlich direkt auf der Ifat 2014! Huber sah das neue Bio-Cel-XL-Modul und äußerte den Wunsch die Stärken von Microdyn-Nadir für die Entwicklung einer neuen Membranfiltration VRM zu nutzen. Ziel war eine Kombination der Vorteile des Bio-Cel-Moduls mit den Vorteilen der VRM-Technologie.

Rong: Wir haben genau zwei Jahre benötigt, um diese komplett neue Membranfiltration VRM 50 zu entwickeln. Ein Zeitplan der nur dank eines sehr engagierten Teams aus beiden Firmen realisiert werden konnte. Man darf dabei denke ich auch erwähnen, dass diese Zusammenarbeit viel Spaß gemacht hat und von einer besonders offenen und vertraulichen Kooperation geprägt war. Das Ergebnis konnten wir pünktlich zur Ifat 2016 präsentieren.

Welche Vorteile hat das neue System im Vergleich zum Vorgängermodell?

Rong: Die Vorteile der neuen Technik sind erheblich! So konnte die in der bisherigen Maschine VRM 30 verbaute Membranfläche von 3840 auf 9200 m² mehr als verdoppelt werden, womit die VRM 50 wohl die größte Membraneinheit am Membranmarkt darstellt. Zusätzlich hat sich auch die Transportfähigkeit deutlich verbessert, da die neue VRM in sinnvollen Baugruppen direkt von Huber und Microdyn-Nadir auf die Baustelle geliefert und erst dort endmontiert wird. Die eigentlichen Vorteile der neuen VRM liegen aber darin, dass sie nun auch die Vorteile des Bio-Cel-Moduls beinhaltet. So konnte z. B. die Packungsdichte (m²/m³) um ca. 30 % erhöht werden. Darüber hinaus kann die VRM nun auch permeatseitig rückgespült werden und verfügt über den berühmten „Self-healing“-Effekt.

Lamparter: Beim Lieferumfang konzentriert sich jeder auf seine Kompetenzen, d. h. Huber als Spezialist für die Edelstahlproduktion fertigt den rotierenden Grundkörper, wohingegen die Membranpakete von Microdyn-Nadir in Wiesbaden auf der voll automatischen Bio-Cel-Fertigungslinie hergestellt werden.

Wie werden die Membranfilter gewartet, wenn eines der Bio-Cel-Module defekt sein sollte?

Lamparter: Wie jede biologische Kläranlage oder auch jede Membranbiologie muss auch diese Anlage durch geschultes Personal betrieben und entsprechend gewartet werden. Damit ist über einen sehr langen Zeitraum ein problemloser Betrieb gewährleistet. Sollte trotzdem einmal ein Schaden in einem Membransheet auftreten, wird dies über den Self-healing-Effekt nicht zu einer Verschlechterung der Ablaufqualität führen. Am Ende der Lebenszeit lassen sich die Membranpakete einzeln aus der Anlage demontieren und ersetzen, d. h. der Grundkörper aus Edelstahl muss beim Membranersatz nicht ausgetauscht werden.

Wo werden die neuen Membransysteme zum Einsatz kommen?

Rong: Huber ist mit einem weltweiten Vertriebsnetz in über 60 Ländern vertreten und Anlagen mit der Membranfiltration VRM gibt es bereits in vielen Ländern, sowohl in der kommunalen als auch der industriellen Abwasserreinigung. Auch für die neue VRM 50 gehen wir davon aus, dass es grundsätzlich Einsatzmöglichkeiten in jedem Land gibt. Erfahrungsgemäß sind aber Länder mit Wasserknappheit der interessantere Markt, da dort die Notwendigkeit nach Wiederverwendung von Wasser gegeben ist und somit die hohe Reinigungsleistung des MBR-Verfahrens voll zum Tragen kommt.

Lassen sich mit der neuen Technologie zusätzliche Einsatzgebiete erschließen?

Rong: Die VRM 50 ist entwickelt für den Einsatz in MBR-Anlagen. Einsatzgebiete außerhalb der MBR-Technologie sind nicht angedacht.

Gibt es nun nach der Ifat 2016 schon einen Ausblick auf weitere gemeinsame Entwicklungsaktivitäten zwischen Microdyn-Nadir und Huber?

Lamparter: Nach den sehr guten Erfahrungen wird es Sie nicht wundern, dass wir auch über weitere gemeinsame Projekte nachdenken, Sie werden aber auch verstehen, dass wir darüber derzeit nicht reden wollen!