Industrielle Anwendungen

Kesselspeisung-Nachspeisewasser

Oberflächenwasser ist Wasser aus oberirdischen Quellen wie Flüssen, Seen, Feuchtgebieten oder dem Ozean und bezieht seine Eigenschaften aus der Umgebung, mit der es in Kontakt kommt. Es enthält typischerweise verschiedene Verunreinigungen, wie z. B. Schlick und Ton, gelöste Mineralien und Salze, organisches Material aus Vegetation und Wildtieren, Algen, Bakterien, Protozoen, Viren und vom Menschen verursachte Schadstoffe.

Oberflächengewässer sind eine bequeme und zuverlässige Wasserquelle für kommunale und industrielle Zwecke. Dampfkessel, die in Industrie- und Kraftwerken eingesetzt werden, benötigen hochreines Speisewasser, um einen ordnungsgemäßen Betrieb zu gewährleisten. Die Membranfiltration entfernt einen hohen Prozentsatz an Feststoffen und Verunreinigungen aus dem Futter und ermöglicht die Verwendung von aufbereitetem Oberflächenwasser als wirtschaftliche Alternative zu kommunalem Wasser.

Kesselspeisewasser-Aufbereitungssysteme

Dampfkessel benötigen zum Betrieb trotz Änderungen der Rohwasserqualität gleichbleibend hochwertiges Wasser, um einen effizienten Prozess und eine qualitativ hochwertige Dampferzeugung zu gewährleisten. Ein Kesselspeisewasser-Aufbereitungssystem besteht typischerweise aus mehreren einzelnen Technologien, die auf die spezifischen Anforderungen der Kesselspeisewasseraufbereitung zugeschnitten sind. Das am besten geeignete Kesselspeisewasseraufbereitungssystem trägt dazu bei, kostspielige Anlagenstillstandszeiten, teure Wartungsarbeiten und Kesselausfälle aufgrund von Ablagerungen, Korrosion und Verschmutzung des Kessels und der nachgeschalteten Ausrüstung zu vermeiden. Zum Beispiel benötigen Niederdruckkessel möglicherweise nur eine Umkehrosmose oder einen Ionenaustausch, um den geeigneten Grad an Wasserreinheit zu erreichen, während andere möglicherweise ein gesamtes Wasserbehandlungssystem erfordern, einschließlich Koagulation und Flockung, Siebe und Filter, Ultrafiltration, Ionenaustausch, Dealkalisierung und Umkehrosmose oder Nanofiltration und Entgasung zur Erzeugung von ultrareinem Wasser.

Zur Herstellung dieses Wassers müssen alle Bakterien und organischen Stoffe, Schwebstoffe (TSS) und gelöste Feststoffe (TDS) wie Härte, Eisen, Kieselsäure, Natrium und Chloride entfernt werden. MICRODYN-NADIR bietet sowohl Ultrafiltrations- (UF) als auch Umkehrosmoseprodukte (RO) an, um das für Dampfkessel erforderliche Wasser von hoher Qualität zu erzeugen.

ULTRAFILTRATION

Ultrafiltrationsmembranmodule werden typischerweise verwendet, um suspendierte Feststoffe, Viren, Kieselsäure und andere Partikel zu entfernen, die möglicherweise den Vorbehandlungsschritt durchlaufen haben (d. h. grobe oder feine Siebe, automatische oder Sandfilter oder sogar Koagulations- und Flockungsmittel). Die Reduzierung von Partikeln, suspendierten Feststoffen und organischem Gesamtkohlenstoff (TOC) verhindert, dass sich RO-Membranen ablagern und verschmutzen, verbessert aber auch die Effizienz von Turbinen und Kesseln.

MICRODYN iSep™ 500 UF-module oder MICRODYN SpiraSep™ 960 UF-module können für Speisewasser mit höheren Konzentrationen an Schwebstoffen verwendet werden. Bei diesen Modulen handelt es sich um vakuumgetriebene, rückspülbare, gewickelte Membranmodule, die für den Umgang mit bis zu 1.000 mg/L Schwebstoffen ausgelegt sind. Beide Module sind entweder mit einer 0,03-Mikrometer-PVDF-Membran oder einer 0,03-Mikrometer-PES-Membran erhältlich.

In einer Fallstudie wollte, MICRODYN SpiraSep™ 900-PES UF-Module verwendet, um TSS aus dem Kanalwasser zu entfernen. Die hohe Abwasserqualität konnte direkt an das RO-System der Anlage zur weiteren Aufbereitung des Kesselspeisewassers übertragen werden.

UMKEHROSMOSE

Die Umkehrosmose wird typischerweise nach der Ultrafiltration verwendet, um hochreines Speisewasser für die Dampfkessel zu erzeugen. Durch die Entfernung eines hohen Prozentsatzes an gelösten Feststoffen, Salzen, Kieselsäure und Verunreinigungen aus der Beschickung reduziert RO Ablagerungen und Korrosionsraten, reduziert den Einsatz von Kesselchemikalien aufgrund weniger häufiger Abblasanforderungen und verringert die Häufigkeit der nachfolgenden Ionenaustauschregeneration. Dies führt zu weniger Ausfallzeiten und geringeren Kosten.

TRISEP® X-20™ RO-Elemente mit geringer Verschmutzung werden dringend empfohlen, wenn das UF-Abwasser oder das RO-Futter noch organische Stoffe enthalten (häufig aufgrund von saisonalen Störungen wie starken oder geringen Niederschlägen). Die X-20-Membran ist eine verschmutzungsresistente Membran mit einer einzigartigen, geschützten Formulierung, die zu einer geringen Verschmutzung führt. Die einzigartige Barriereschicht-Chemie baut sich im Laufe der Zeit nicht ab wie bei einigen konkurrierenden „Fouling-Resistenten“ Membranen, die einfach „modifizierte“ oder „beschichtete“ Standardmembranen sind. Die X-20-Membranelemente eignen sich hervorragend für Abwasser- und andere Anwendungen mit hohem Verschmutzungsgrad. Sie sind äußerst langlebig und bieten eine gleichbleibend hohe Salzabweisung, senken die Reinigungshäufigkeit und verlängern die Lebensdauer der Membranen.

MICRODYN RO-elemente können auch verwendet werden, solange die meisten organischen Substanzen vor dem RO-System entfernt wurden. MICRODYN BW RO-elemente eine RO-Membran mit hohem Brackwasser-Rückhaltevermögen, die zur Wasserreinigung geeignet ist, wenn ein hohes Rückhaltevermögen für gelöste Stoffe erforderlich ist. MICRODYN LE RO-elemente sind ideal für Wasseraufbereitungsanwendungen, bei denen ein geringerer Energieverbrauch erforderlich ist. Diese Elemente sind mit unserer Niedrigenergiemembran ausgestattet, die konkurrenzfähige RO-Produkte direkt ersetzt und unter niedrigen Druckbedingungen arbeitet.

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Kühlturm-Abschlämmung

Wasser- und Abwasserrückgewinnung und -wiederverwendung in industriellen Anwendungen sind im letzten Jahrzehnt aufgrund des steigenden Wasserbedarfs und der Wasserknappheit zu einem wachsenden Trend geworden. Tatsächlich wird die Wasseraufbereitung einschließlich des Einsatzes von RO auf mehr als 30 Prozent aller weltweiten Umsätze im Bereich der industriellen Wasseraufbereitung geschätzt. RO wird jetzt für die Behandlung von recycelter Kühlturm-Abschlämmung in ZLD-Anwendungen (Zero-Liquid Discharge) sowie für die Reinigung von Kesselspeisewasser verwendet.

Viele Industrieanlagen nutzen Kühltürme als effizientes Mittel, um große Mengen an Wärme von heißen Geräten zu entfernen. Die Kühlung dieser Anlagen benötigt eine beträchtliche Menge an Wasser – typischerweise 80 % oder sogar bis zu 90 % des gesamten Wasserbedarfs der Anlage. Um dieses Wasser aufzubereiten und wiederzuverwenden, anstatt Frischwasser einzusetzen, wurde die Membrantechnologie eingeführt.

KÜHLTURM-ABSCHLÄMMUNGS-PROZESS

Durch eine Anlage zirkulierendes kühles Wasser absorbiert die Wärme von den Geräten und wird wärmer. Wenn dieses jetzt heiße Wasser zum Kühlturm zurückgeführt wird, geht ein Teil des Wassers durch Verdunstung oder Nebeleffekt verloren (wenn Wasser durch Abdriften in die Luft verloren geht). Wenn reines Wasser aus dem System verdunstet, bleiben einige der gelösten Feststoffe (TDS) zurück, wodurch sich das verbleibende TDS im Wasser stärker konzentriert. Wenn dieser Prozess fortgesetzt wird, konzentrieren sich die gelösten Mineralien bis zu einem Punkt, an dem sie nicht länger in Lösung bleiben. Weniger lösliche Mineralien wie Kalzium, Magnesium und Kieselsäure können ausfallen und unlösliche Salze bilden, die sich im Turm oder in der Anlage ablagern können. Aus diesen Gründen müssen Kühltürme so betrieben werden, dass gelöste Mineralien in Lösung bleiben. Dies wird oft erreicht, indem eine kleine Menge konzentrierten Kühlturmwassers abgelassen wird, während das durch Verdunstung verlorene Wasser ersetzt und frisches Kühlturm-Zusatzwasser entnommen wird.

Die meisten Kühltürme verwenden Trinkwasser als Nachspeisung. Da jedoch die Frischwasservorräte schwinden und die Kosten pro Gallone steigen, sind die Anlagen zunehmend gezwungen, alternative Quellen zu nutzen, wie z. B. aufbereitetes Wasser aus kommunalen oder industriellen Kläranlagen oder, anstatt Wasser abzuleiten und durch neues Frischwasser zu ersetzen, kann die Kühlturm-Abschlämmung zur Wiederverwendung aufbereitet werden. Viele Branchen setzen auf die Wiederverwendung der Kühlturm-Abschlämmung, um ihre Betriebskosten zu senken. Obwohl die Verwendung von aufbereitetem Wasser den Frischwasserverbrauch verringert, muss das Abwasser möglicherweise aufbereitet werden, damit es für die Verwendung im Kühlturm geeignet ist.

ULTRAFILTRATION

Ob kommunales Wasser, Industrieabwasser oder rückgewonnene Kühlturmabschlämmung als Nachspeisung verwendet wird, Ultrafiltrations-Membranmodule können zur Entfernung von Schwebstoffen, Viren und Bakterien, Kieselsäure und großen organischen Molekülen eingesetzt werden, bevor das Wasser zur weiteren Behandlung auf Umkehrosmose-Membranen (RO) geleitet wird. MICRODYN iSep™ 500 UF-module und MICRODYN SpiraSep™ 960 UF-module kann für Speisewasser mit hohen Konzentrationen an suspendierten Feststoffen (bis zu 1.000 mg/L TSS) verwendet werden. Bei diesen Modulen handelt es sich um vakuumbetriebene, rückspülbare, gewickelte Membranmodule, die so konzipiert sind, dass sie mit hohen Erträgen arbeiten und trotz Änderungen der Rohwasserqualität eine konstantere Qualität des Abwassers liefern. Beide Module sind mit einer haltbaren 0,03-Mikron-PVDF-Membran erhältlich.

In einer Fallstudie wollte, ein Kraftwerk die Menge an Kühlturm-Abschlämmwasser, die in ihre Verdampfungsteiche geleitet wird, reduzieren, ohne teure Soleaufbereitungsanlagen wie Verdampfer oder Kristallisatoren einzusetzen. Stattdessen führte das Kraftwerk eine elektrische Koagulation (EC) durch, um schwerlösliche Salze auszufällen, insbesondere Kieselsäure, Alkalinität und Härte. Die MICRODYN SpiraSep™ 960 UF-Module verfolgten den EC-Prozess und entfernten alle schwebenden Feststoffe vor dem RO-System. Mit diesem Aufbereitungskonzept konnte das Kraftwerk nahezu 90 % des Kühlturm-Abschlämmwassers zurückgewinnen.

UMKEHROSMOSE

Die Umkehrosmose wird typischerweise nach der Ultrafiltration eingesetzt, um hochreines Wasser für die Kühltürme zu erzeugen. Durch die Entfernung eines hohen Anteils an gelösten Feststoffen wie Kalzium, Magnesium und Siliziumdioxid aus der Kühlturmabschlämmung reduziert die RO die Ablagerungen im Kühlturm, und eine Skalierung der Wärmetauscherausrüstung kann zu einem Produktivitätsverlust auf der Prozessseite der Anlage führen. Durch die Entfernung dieser Ionen mit Umkehrosmose-Membranelementen (RO) ist der Kühlturm in der Lage, mit höheren Konzentrationszyklen zu arbeiten, und reduziert letztendlich die Menge des benötigten Abschlämm- und Frischwassers.

TRISEP® X-20™ RO-Elemente mit geringer Verschmutzung sind sehr zu empfehlen, wenn noch organische Stoffe im UF-Abwasser oder RO-Futter enthalten sind. Die X-20-Membran ist eine verschmutzungsresistente Membran mit einer einzigartigen, geschützten Formulierung, die zu einer geringen Verschmutzung führt. Die einzigartige Barriereschicht-Chemie baut sich im Laufe der Zeit nicht ab wie bei einigen konkurrierenden „Fouling-Resistenten“ Membranen, die einfach „modifizierte“ oder „beschichtete“ Standardmembranen sind. X-20 Membranelemente sind extrem langlebig und bieten eine gleichbleibend hohe Salzabweisung bei gleichzeitiger Reduzierung der Reinigungshäufigkeit und Verlängerung der Membranlebensdauer.

MICRODYN RO-elemente können verwendet werden, wenn die meisten organischen Stoffe vor der RO-Anlage entfernt worden sind. MICRODYN BW RO-elemente haben eine Brackwasser-RO-Membran mit hoher Rückhaltung, die für die Wasserreinigung geeignet ist, wenn eine hohe Rückhaltung von gelösten Stoffen erforderlich ist. MICRODYN LE RO-elemente sind ideal für Wasseraufbereitungsanwendungen, bei denen ein geringerer Energieverbrauch erforderlich ist. Diese Elemente sind mit unserer Niedrigenergiemembran ausgestattet, die konkurrenzfähige RO-Produkte direkt ersetzt und unter niedrigen Druckbedingungen arbeitet.

ZERO-LIQUID DISCHARGE

Zero-Liquid-Discharge-Systeme (ZLD) verwenden häufig primäre und sekundäre RO-Systeme, um Abwasser für Zusatzwasser zu behandeln. Häufig wird das Abwasser aus Kühlturm- und Kesselabschlämmungen zunächst einer Vorreinigungsanlage oder einer Ultrafiltrationsanlage mit MICRODYN iSep™ 500 UF oder MICRODYN SpiraSep™ 960 UF-module zugeführt. Das Abwasser aus der Vorreinigungs- oder Ultrafiltrationsanlage wird dann in ein primäres RO-System (das aus MICRODYN RO-Elementen bestehen kann) geleitet. Das Permeat aus der primären RO wird zur Verwendung in den Kühlturm geleitet, während das Rejekt zur weiteren Behandlung und Wasserrückgewinnung in ein sekundäres RO-System geleitet wird.

Da der Ausschuss aus dem primären RO-System typischerweise eine sehr hohe TDS-Konzentration aufweist, besteht der sekundäre RO aus Meerwasser-RO-Elementen. Der Ausschuss aus dem sekundären RO wird dann zu einem Solekonzentrator und Kristallisator geschickt. Das sekundäre RO-System reduziert die Belastung des Solekonzentrators erheblich, sodass ein kleinerer Solekonzentrator verwendet werden kann. Durch die Verwendung eines kleineren Solekonzentrators werden die Kapitalkosten drastisch reduziert.

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Gärreste-Aufbereitung

Gärrest ist das Material, das nach der anaeroben Vergärung eines biologisch abbaubaren Ausgangsmaterials übrig bleibt. Die anaerobe Vergärung ist ein komplexer biochemischer Prozess von biologisch vermittelten Reaktionen verschiedener Mikroorganismen (ohne Anwesenheit von Sauerstoff) zur Umwandlung organischer Verbindungen in Gärgut und Biogas.

Die anaerobe Vergärung ist ein etabliertes Verfahren zur Behandlung von organischen Abfällen und zur Erzeugung von erneuerbarer Energie. Historisch gesehen ist der bei diesem Prozess entstehende Gärrest eine nährstoffreiche Substanz und wurde als Dünger oder Bodenverbesserer auf den Boden ausgebracht.

Aufgrund der hohen Konzentrationen an Nährstoffen wie Stickstoff, Ammonium, Phosphor und Kalium ist der Gärrest sowohl ein vielseitiges Gut als auch eine Herausforderung für die Umwelt. Diese Nährstoffe sind in begrenzten Mengen nützlich, aber eine übermäßige Ausbringung eines Düngers kann zu hohen Nitratwerten im Grundwasser führen und beim Verzehr für Mensch oder Tier schädlich sein.

Angesichts der zunehmenden Anzahl und Kapazität von anaeroben Aufschlussanlagen zur Behandlung einer Vielzahl von organischen Abfallströmen ist es erforderlich, den Gärrest zu behandeln, um den Verbrauch schädlicher Nitrate zu verhindern.

VERFAHREN ZUR BEHANDLUNG VON GÄRRESTEN

Gärreste aus dem anaeroben Gärprozess werden häufig durch eine herkömmliche Zentrifuge oder ein mechanisches Sieb entwässert. Durch die Zentrifugalbehandlung können bis zu 40 % der vorhandenen Feststoffe zurückgehalten werden. Die Gärrestfaser kann dann zur Bodensanierung, Dünger- oder Energierückgewinnung verwendet werden.

Biologische Oxidation kann verwendet werden, um die Beladung des Gärrests, falls erforderlich, mit organischen Stoffen (BSB) und Ammoniak zu verringern. Das Verfahren wird meist zur Behandlung der Gärrestflüssigkeit vor dem Austrag eingesetzt, kann aber auch als Vorbehandlungsstufe oder zur Behandlung des gesamten Gärrestes (Nasskompostierung) verwendet werden. Typischerweise wird der Gärrest im Beisein von Bakterien, die den BSB (biochemischen Sauerstoffbedarf) und Ammoniak oxidieren, belüftet. Dies kann mit einem MBR-System unter Verwendung von MICRODYN BIO-CEL® MBR modulen erfolgen. Dieser Prozess erzeugt einen biologischen Schlamm als Nebenprodukt, der in das Futter des Fermenters zurückgeführt werden kann.

Das Filtrat aus der MBR-Anlage kann dann mit einer Umkehrosmose weiterbehandelt werden (entweder mit MICRODYN RO oder TRISEP® X-20™ elementen abhängig von der organischen Belastung im MBR-Abwasser). Das Konzentrat der Umkehrosmoseanlage kann ca. 10-15 % Volumen des Gesamteingangs enthalten und kann getrocknet und als Dünger verkauft/verwendet werden. Das Permeat des RO-Systems kann unter Verwendung eines Ionenaustauschs zur Entladung oder Wiederverwendung weiter poliert werden.

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