Filtersystem für die Online-Analytik

Das Konzept des Multitube-Membran-Moduls MTM von ETL Verfahrenstechnik basiert auf bewährten Ultrafiltrations-Rohrmembranen, die einzeln oder zu mehreren parallel und beidseitig offen in ein Filtergehäuse eingebaut sind. Der Querschnitt dieser Membranrohre ist groß genug, um Verstopfungen durch Grobstoffe, wie sie beispielsweise in Kläranlagen vorkommen, vorzubeugen. Auf diese Gegebenheiten sind auch der konstruktive Aufbau mit den aufeinander abgestimmten Übergängen im Einlauf- und Auslaufbereich des Moduls ausgelegt.

Das MTM-Modul besteht einschließlich der Griffplatte für die Befestigung und den Transport aus Kunststoff (Abb.1). Die ganze Einheit wiegt im leeren Zustand etwa 2 kg bei einer Gesamthöhe von 500 mm. Durch das geringe Eigengewicht und die kompakte Bauweise kann das Modul problemlos transportiert und einfach gereinigt werden und eignet sich auch für den mobilen Einsatz an wechselnden

Probenahmestellen. Die einzelnen, trocken aufgestellten Systemkomponenten, wie Pumpenschrank und Überlaufgefäß, sind für diese Fälle mit Tragevorrichtungen und einfachen Montagemöglichkeiten versehen (Abb. 2).

Abbildung 3 verdeutlicht den konstruktiven Aufbau und die Funktionsweise des Multitube-Membran-Moduls MTM. Die zu filtrierende Rohflüssigkeit wird in die Membranrohre geführt. Eine Permeatförderpumpe baut im Mantelraum Unterdruck auf und gereinigte Flüssigkeit tritt durch die Membrane in den Mantelraum. Aus dem Mantelraum wird das Filtrat für die Analyse abgezogen. Eine Umwälzpumpe für die Rohflüssigkeit ist nicht erforderlich.

In den Anwendungen als Tauchmodul wird die Rohflüssigkeit drucklos zugeführt, d. h. im Becken wird die vorhandene Vertikalströmung und im Gerinne die Horizontalströmung für die Probenzufuhr genutzt, um einen wenn auch vergleichsweise geringen Selbstreinigungseffekt der Membranoberfläche zu nutzen.

Die kompakte und robuste Bauweise dieses Multitube-Moduls ist auf eine einfache Installation als getauchte Einheit ausgelegt, es kann aber auch, bei speziellen Voraussetzungen, trocken aufgestellt problemlos betrieben werden.

Letztere Variante kann beispielweise in Fallrohren integriert oder anstelle der Rohrmodule einer bestehenden Ultrafiltration mit einer kleinen Versorgungspumpe mit ca. 50 l/h realisiert werden. Auch in diesen Fällen reicht für den Betrieb der im Mantelraum des Moduls erzeugte Unterdruck für die sichere und langfristige Permeatversorgung des Messgerätes aus.

Ein Multitube-Membran-Modul MTM in der Standardversion mit einer aktiven Membranfläche von 1 500 cm2 ist seit Anfang 2002 als getauchtes Modul im Becken einer kommunalen Kläranlage installiert, das wechselnd als Belebungs- und Denitrifikationsbecken betrieben wird.

Das um 300 mm abgetauchte Modul, gemessen von der Oberkante des Moduls zur Wasseroberfläche, ist mit einer regelbaren Permeatförderpumpe verbunden, die durch den erzeugten Unterdruck aus dem Mantelraum des Moduls das Permeat ansaugt.

Durch die Einstellung der Permeatförderpumpe ist die Fördermenge in Abhängigkeit des Membranwiderstandes vorgegeben. Die zunehmende Belegung der Membranoberfläche mit einem Biofilm reduziert die erzeugte Permeatmenge, bis die vorgewählte Probemenge unterschritten wird.

Im vorliegenden Versuch wurde die untere Grenze der Permeatmenge mit 0,5 l/h festgelegt, da diese Menge bei den meisten Online-Analysegeräten den Mindestanforderungen entspricht. Die Messungen der geförderten Permeatmenge wurde jeweils innerhalb von 30 Minuten bei minütlicher Mengenregistrierung durchgeführt. Die Qualität der Proben wurde optisch festgestellt (trübungs- und feststofffrei).

Nach 65 Tagen ununterbrochenem Betrieb wurde das Modul bei Erreichen der 0,5 l/h-Leistungsmarke ausgebaut, gereinigt, auf eventuelle Beschädigungen untersucht und anschließend wieder eingebaut. Die Reinigung mit Brauchwasser der Kläranlage bestand nur im Abspritzen der Membranrohroberflächen von beiden Modulenden her. Unter vergleichbaren Randbedingungen wurde das Modul weitere 48 Tage ohne Unterbrechung betrieben.

Anschließend wurde das ausgebaute Modul einer zweifachen Reinigung unterzogen. Nach der Entfernung und Lösung von gröberen Verunreinigungen und biologischem Bewuchs mit einer weichen Spezialbürste wurde die Membranoberfläche mit einer dafür entwickelten Düse einer Sprühstrahlreinigung unterzogen. Da die Düse dabei in das Rohr eingeführt wird, ist damit eine effektive Reinigung auf der gesamten Länge des Membranrohres gewährleistet.

Den anschließenden Messzyklus vom 12. Juli bis zum 4. September 2002 dokumentiert Abbildung 4. Der Anfangswert des Multitube-Membran-Moduls MTM mit 1 549 ml/h Permeatfördermenge reduziert sich nach 55 Tagen auf 984 ml/h, ohne dass, wie auch bei den vorangegangenen Messreihen, eine Reinigung oder sonstige Maßnahmen durchgeführt wurden.

Der leichte Anstieg der Permeatleistung bei den letzten Messungen ist auf Veränderungen der Randbedingungen durch Witterungseinflüsse zurückzuführen.

Nach der letzten Messung wurde das Multitube-Membran-Modul MTM ausgebaut und wiederum mit Bürste und Spritzdüse mechanisch gereinigt.

Fünf Minuten nach erneuter Installation im Entnahmebecken wurde der erste Messwert mit 1650 ml/h ermittelt. Der Vergleich zur vorherigen Messreihe zeigt, dass unter Berücksichtigung der Witterungsverhältnisse der erste Messpunkt der neuen Versuchsreihe die gleiche Größenordnung aufweist.

Die vorliegenden Messwerte zeigen, dass mit dem getesteten Multitube-Membran-Modul MTM die sichere Versorgung eines Messgerätes mit Probenflüssigkeit über einen längeren Betriebszeitraum wartungsfrei möglich ist. Unterschiedliche Betriebsbedingungen der Online-Analysatoren werden durch ein spezielles und auf die Erfordernisse abgestimmtes Probenüberlaufgefäß bewältigt (siehe Abb. 2). Die geringe Gesamttotzeit des Systems wird durch die Gestaltung und den Betrieb dieses Gefäßes nur unwesentlich erhöht. Die eingebauten Ultrafiltrations-Rohrmembranen liefern erwartungsgemäß klares und keimfreies Permeat.

Durch die Konstruktion mit lichtundurchlässigem Gehäuse ist eine Verkeimung der Membranoberflächen, wie sie vornehmlich in Kläranlagenausläufen, Gerinnen und Oberflächengewässern bei offenen oder durchscheinenden Systemen zu beobachten ist, als sehr gering einzustufen. Damit sind auch unter diesen Einsatzbedingungen zufriedenstellende Betriebszeiten zwischen zwei Reinigungen zu erreichen.

Der Aufwand für die Wartung und Betreuung des Systems ist niedrig und bei Bedarf leicht durchführbar.

Je nach Einsatzbedingungen ist nach mehreren manuellen Reinigungen eine chemische Reinigung des Systems vorzusehen. Dazu wird das Modul samt Griffbrett in ein Reinigungsbad gestellt. Die langjährigen Erfahrungen mit Membrantechnologie bei der Messprobenaufbereitung zeigen, dass Reinigungen in monatlichen Abständen für die Messwerterfassung angestrebt werden sollten, um Messwertverfälschungen, u. a. hervorgerufen durch den Biofilm auf der Membranoberfläche, zu vermeiden.

Der Austausch bereits vorhandener Probenfiltrationen, wie z.B. Membran-Plattensysteme oder Bandfilter, gegen den Multitube-Membran-Modul MTM ist einfach zu bewerkstelligen, ohne dass am bauseitigen System größere Änderungen vorgenommen werden müssen. Neben den einzelnen Modulen werden auch komplette Systemlösungen angeboten. Diese umfassen die Befestigung des Membran-Moduls im Becken oder Gerinne, die Permeatleitung, falls erforderlich mit Begleitheizung, die Permeatförderpumpe und ein optimiertes Permeat-Überlaufgefäß für die sichere Versorgung des Online-Messgerätes.