Im Bereich der Wasseraufbereitung wurden die Verfahrensschritte durch die Einführung der Membranverfahren maßgeblich beeinflusst. Im nachfolgend vorgestellten Beispiel wurde in einer Kraftwerksanlage die Wasserversorgung von Stadtwasser auf Kläranlagenablauf umgestellt. Dank der eingesetzten Membranfiltration ließ sich dabei eine Verbesserung der benötigten Kesselspeisewasserqualität erzielen.
Der Bedarf an Kesselspeisewasser in der umzurüstenden Kraftwerksanlage zur Dampferzeugung und letztendlich zur Stromerzeugung liegt bei 1200 m³/d. Der alte Aufbereitungsweg benutzte Stadtwasser als Ausgangsstoff, das mit der klassischen Ionentauschertechnologie über regenerierbare Polymerharze gereinigt wurde. Die damit erreichte Qualität führte immer wieder zu Problemen im Verdampfer sowie zu hohen Kosten an Chemikalien für die Regeneration und Reinigung. Mit dem hohen zeitlichen Aufwand an Wartung und Regeneration war auch immer wieder ein Produktionsausfall und somit eine Verringerung der Anlagenverfügbarkeit verbunden. Dies hat den Betreiber dazu gebracht, über eine verbesserte Aufbereitung nachzudenken, zumal auch eine Erweiterung der Anlagenkapazität geplant war.
Vorgeschaltete Mikrofiltration
Nach umfangreichen Vortests hat man sich für das folgende Aufbereitungskonzept entschieden: Als Einsatzwasser wurde der Kläranlagenablauf einer nahe gelegenen Abwasseraufbereitungsanlage genutzt. Dieses Einsatzwasser wird über eine grobe mechanische Schutzfiltration einer Mikrofiltration zugeführt. Das Wasser wird dabei von Partikeln und Mikroorganismen gereinigt, so dass die anschließende Umkehrosmoseanlage sicher die geforderte Wasserqualität erreicht. Im Anschluss an diesen Behandlungsschritt werden die schon vorhandenen Ionentauscher weiterhin benutzt, bevor das aufbereitete Wasser die Aufbereitungsanlage endgültig verlässt.
Die Mikrofiltrationsanlage stellt das Kernstück der ganzen Anlage dar, da mit diesem Verfahrensschritt der Membranverblockungsindex (SDI) auf einem sehr niedrigen Niveau gesenkt und gehalten wird. Mit der Membranfiltration wurde ein Aufbereitungsverfahren gewählt, durch das sich Keime und andere Partikel sicher abtrennen lassen. Die Mikrofiltrationsmembran stellt aus hygienischer Sicht eine vollständige Barriere gegen pathogene Keime dar. Das verwendete Hohlfasermembranmaterial in der Mikrofiltrationsanlage besteht aus mechanisch und chemisch stark belastbarem Polyvinylidenfluorid (PVDF). Aufgrund der hervorragenden Materialeigenschaften sind diese Module für die Reinigung und Hygienisierung von besonders stark belastetem Wasser wie Kläranlageablauf hervorragend geeignet.
Funktion der Module
Das Rohwasser tritt unten in das Modul ein und strömt von außen nach innen durch die Hohlfasern. Die Hohlfasern sind im Modul auf der Rohwasser- und Reinwasserseite mit einer Vergussmasse fixiert. Dabei sind die Hohlfasern auf der Rohwasserseite dicht verschlossen und auf der Reinseite offen. Ein Mikrofiltrationsmodul umfasst 6360 Fasern mit einer Filterfläche von 50 m², die in Abhängigkeit von der Wasserqualität einen Volumenstrom von bis zu 6 m³/h behandeln. Ein Modul hat eine Länge von 2200 mm und ein Leergewicht von 30 kg, damit ist es in der Wartung leicht zu handhaben. Die spezielle Filtrationsrichtung von außen nach innen ist besonders geeignet, um auch Wasser mit höheren Schmutzfrachten zu reinigen. Neben der bei allen Hohlfasersystemen angewendeten Rückspülung mit Filtrat erlaubt diese Konfiguration des Moduls eine kombinierte Luftreinigung mit Rückspülung. Hierbei wird Filtrat entgegen der Filtrationsrichtung über die Rückspülpumpe von innen nach außen durch die Membran gedrückt und gleichzeitig Druckluft rohwasserseitig eingeblasen. Dadurch ist eine Abreinigung des Membranmoduls ohne den dauerhaften Einsatz von Chemikalien durchführbar.
Laufzeit gesteigert
Da als Membranmaterial PVDF verwendet wird, ist eine Breite Palette chemischer Reinigungsmittel über einen großen Konzentrationsbereich einsetzbar. Durch die Kombination von Mikrofiltration und Umkehrosmose konnten die Werte für Leitfähigkeit, Wasserhärte, TOC (Total Organic Carbon), Kalzium und Natrium deutlich gegenüber den zuvor erreichten Werten reduziert werden. Darüber hinaus ließ sich die Laufzeit der Wasseraufbereitungsanlage zwischen den Regenerationen von 8 auf über 60 h steigern. Die während eines Produktionszyklusses produzierte Menge an Wasser ist von 530 auf bis zu 7000 m³ angewachsen. Die Wasseraufbereitungsanlage erreicht zudem eine Verfügbarkeit von nahezu 98 % ( im Gegensatz zu einer Verfügbarkeit von 78% der alten Anlage) und dies bei einer um 20 % gesteigerten Durchflussmenge. Der Chemikalienverbrauch der Anlage konnte in Summe um ca. 87 % reduziert werden. Damit verbunden sind auch Einsparungen für das Handling und die Lagerung der Chemikalien im Werk. Nicht zuletzt ließ sich die Abwassermenge der Wasseraufbereitungsanlage um 87 % reduzieren, was einer Wassermenge von mehr als 28 000 m³/a entspricht. Der Aufwand für die Regeneration der Ionentauscher ist vom Austausch des Harzes alle zwei bis drei Monate auf einmal in vier Jahren reduziert worden. Die Summe der aufgezeigten Vorteile brachte eine gesteigerte Dampfqualität und auch in ökonomischer Hinsicht eine Verbesserung. So wurden die Betriebskosten der Anlage reduziert. Allein die Kosteneinsparung für den Einkauf der Chemikalien und für das Eingangswasser belaufen sich in Summe auf über 450 000 Euro/a.
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