Von Bienen gelernt

Die Ultrafiltration (UF) ist eine Filtertechnik, deren Vorteile im Vergleich zu herkömmlichen Wasseraufbereitungsverfahren in der sicheren Entfernung von Keimen, Mikroorganismen und Trübstoffen aus dem Wasser liegen. Dabei wird langfristig ein zuverlässiger Betrieb der Wasseraufbereitungsanlage garantiert.

Die Poren einer UF-Membran sind mit ca. 20 nm so klein, dass selbst Viren von ihr zurück gehalten werden. Das Verfahren ist einfach und sicher durchzuführen – ohne Zusatz von weiteren Desinfektionschemikalien und mit nur sehr wenig Energie. Ultrafiltrationsanlagen sind für einen vollautomatischen Betrieb ausgelegt. Die Steuerung regelt die verschiedenen Betriebsweisen des Ultrafiltrationsvorgangs: die Filtration und die Reinigung der Membran durch Rückspülung. Je nachdem, wie stark verschmutzt das zu reinigende Wasser ist, sind die Belastungen, denen die Membran standhalten muss, enorm. Deshalb zählt die verwendete Membran zu den wichtigsten Faktoren bei der Auswahl der Ultrafiltrationsanbieter. Die stabilste Membran bietet nach eigenen Angaben der bayerische Ultrafiltrationsspezialist inge an. Das Unternehmen produziert und vertreibt Ultrafiltrationsmembranen und -module zur Aufbereitung von Trink-, Prozess- und Abwasser. Die Multibore-Membranen haben in verschiedenen Anwendungen ihre große Belastbarkeit unter Beweis gestellt.

Das Erfolgsrezept ist u. a. der Aufbau der Membranfaser, die der Struktur von Bienenwaben abgeschaut wurde. Eine Membranfaser vereinigt sieben Einzelkapillaren, was sie von den herkömmlichen Ein-Faser-Kapillarmembranprodukten unterscheidet und äußerst stabil und widerstandsfähig macht. Im dizzer-Modul sind diese Kapillaren fest fixiert und sorgen für optimale hydro-dynamische Eigenschaften, extreme Langlebigkeit und einen sauberen und sicheren Aufbereitungsprozess.

Zahlreiche Beispiele belegen mittlerweile, dass eine gleichbleibend gute Qualität des Reinwassers auch bei hohen Rohwassertrübungen problemlos zu erreichen ist. Dazu ermöglichen die niedrige Druckdifferenz von deutlich unter einem Bar und der Verzicht auf zusätzliche Luftspülungen einen energiesparenden Betrieb.

Die Sicherheit und Zuverlässigkeit einer Technologie ist eine Sache – eine andere sind die Kosten. Um diese weiter zu senken, hat inge innerhalb eines vom BMBF geförderten Forschungsprojekts ein neues Gestell für die Module, das T-Rack entwickelt. Mit diesem sind beachtliche Kosteneinsparungen möglich. Bei Ultrafiltrationsanlagen werden heute mehrere Hundert oder Tausend UF-Module zusammengeschaltet. Daher hat inge in einem ersten Schritt durch Optimierung des dizzer-Moduls die Membranfläche pro Modul um 11 % erhöht, sodass weniger Module zusammengeschaltet werden müssen. Neben den eigentlichen Modulen werden für die Zusammenschaltung Endkappen und meist kompliziert geformte Sammelleitungen und Gestelle zur Aufnahme der Module und einige weitere Komponenten benötigt. Alle diese zusätzlichen Bauteile sind beim T-Rack, das bereits zum Patent angemeldet wurde, nicht mehr notwendig. Die Module stehen in dem T-Rack eng zusammen und sind bereits verrohrt. Durch die Einsparungen bei der Verrohrung und dem Gestell wird kaum noch teurer Edelstahl benötigt. Die Verrohrung ist in die Module integriert und aus dem gleichen Kunststoffmaterial wie die Module hergestellt. Kunststoff hat den Vorteil, dass auch aggressive Industriewässer oder Meerwasser kein Problem darstellen. Wenn gefordert, kann die Filtratleitung aber auch in Edelstahl ausgeführt werden.

Weil die Module im T-Rack eng zusammenstehen und die Verrohrung integriert ist, ist das Wasservolumen in den Sammelleitungen, das sogenannte Hold-Up-Volumen, viel kleiner. Das bringt Vorteile bei der Rückspülung, bei der der Schmutz nicht nur aus den Modulen, sondern auch aus den Leitungen ausgespült werden muss. Je kleiner das Volumen in den Rohrleitungen ist, desto kürzer muss rückgespült werden. Dadurch steigt die Ausbeute. Auch beim Chemikalieneinsatz können Einsparungen realisiert werden, denn für weniger Wasser braucht man bei gleicher Wirkkonzentration weniger Chemikalien. Ein großer Vorteil ist auch die Platzeinsparung. Bei einer herkömmlichen Anlage ist der Platzbedarf pro Rack doppelt so groß wie bei der Nutzung des T-Racks. Dies ist besonders wichtig, wenn konventionelle Anlagen durch UF-Anlagen ersetzt oder aufgerüstet werden, da diese oft in bestehende Gebäude integriert werden müssen.

Bei großen Anlagen entfallen in der Regel rund 30 % der Gesamtkosten auf die Module. Weitere Kostenfaktoren sind das Gebäude, die Verrohrung, die E-Technik, aber auch das Rack. Bei größeren Anlagen liegen die Kosten für herkömmliche Racks derzeit bei etwa einem Viertel bis einem Drittel der Modulkosten, also bei ca. 7 bis 10 % der Gesamtkosten. Durch den Einsatz des neuen T-Racks können daher je nach Anlagengröße 5 % und mehr der gesamten Investitionskosten eingespart werden.

Ein aktuelles Beispiel für den Einsatz der Multibore-Ultrafiltrationsmembranen ist eine Anlage zur Aufbereitung von Gemüsewaschwasser. Die Verschmutzung des Abwassers hängt von der Art des Gemüses ab und schwankt dementsprechend stark. Nach einer biologischen Voraufbereitung schließt sich sofort die Ultrafiltrationsanlage an. Dabei stellt die variierende Wasserverschmutzung sehr hohe Anforderungen an die Stabilität der Membran.

Gleiches gilt für ein anderes Anwendungsbeispiel: eine Anlage zur Erzeugung von Prozesswasser aus dem Wasser des Flusses Gent. Das Wasser wird direkt aus dem Fluss entnommen, dessen Wasserqualität saisonbedingt und durch industrielle Verschmutzung stark variiert. Die Ultrafiltrationsmembran muss deshalb oft zurückgespült werden, um die Filterporen wieder freizubekommen. Die starke Verunreinigung und die häufige Rückspülung belasten die Fasern enorm. Es kann zu Faserbrüchen kommen – und dieses Sicherheitsrisiko können sich Anlagenbetreiber nicht leisten. Die Tatsache, dass bei der Multibore-Membran auch bei hoher Beanspruchung keine Faserbrüche auftraten, war deshalb ein entscheidendes Kriterium. Neben der Zuverlässigkeit und Sicherheit spielte allerdings auch die Kosteneffizienz eine wichtige Rolle. Das von inge eingesetzte In-Out-Wasserfiltrationsverfahren hat nachhaltige Kostenvorteile. Dies macht den Einsatz dieser Technologie noch effizienter.

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Übersicht über die inge-Produkte

IFAT 2008