Weiterentwicklung des Prototypen „Membran-Compact-Abwasserreinigungsanlage“ zu einer Demonstrationsanlage (MECARA II)

• Forschungsstelle: BAFU
• Projektnummer: UTF 235.26.07

Schlüsselwörter (Deutsch)

MECARA, Abwasseranlage, Membranfestigungstechnik, umtec

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Im Projekt UTF 139.04.05 hat das Institut für Umwelt- und Verfahrenstechnik der Hochschule für Technik Rapperswil in Zusammenarbeit mit den Firmen MECANA Umwelttechnik AG und cm-celfa Membrantechnik AG eine funktionsfähige Pilotanlage einer Kompakt-Kleinkläranlage mit rotierenden Membranen zur Reinigung kommunaler Abwässer entwickelt. Die Ergebnisse haben deutlich gezeigt, dass die grundsätzliche Konzeption der Anlage das Potenzial besitzt, im realen Betrieb mit kommunalen Abwässern den Erwartungen gerecht zu werden.

Im vorliegenden weiterführenden Projekt soll nun der bestehende Prototyp zu einer Demonstrationsanlage weiterentwickelt und in einem Langzeitversuch getestet werden. Insbesondere soll abgeklärt werden, ob mit dem neuen System der Bewuchs der Membranoberflächen mit Mikroorganismen ("Biofouling") verhindert und damit die Filtrationsleistung aufrechterhalten werden kann.

Ergebnisse gemäss Vertrag (Deutsch)

1. Überarbeiteter Prototyp mit optimierter Membranbefestigungstechnik sowie der für den vollautomatischen Betrieb notwendigen Mess- und Regeltechnik. Die Funktionsfähigkeit wird verifiziert, indem die Anlage eine Woche lang ohne Unterbruch im Automatikbetrieb mit künstlicher Trübe gefahren wird.

2. Funktionierende Demonstrationsanlage, die unter realen Bedingungen in einer ARA während einer Betriebsdauer von 3 Monaten bei einem Trockensubstanzgehalt von mindestens 10 g/L und einem Schlammalter von 5 bis 10 Tagen einen Filtratstrom von mindestens 15 L/h/m2 durchsetzt.

3. Aufgrund der Resultate aus Punkt 2 optimierte Demonstrationsanlage mit drei Scheibenpaketen (je 6 Scheiben), die im Langzeitversuch 6 Monate ohne Unterbruch im Automatikmodus läuft und am Ende dieser Testphase bei einem Trockensubstanzgehalt von mindestens 10 g/L und einem Schlammalter von 11 bis 21 Tagen einen Filtratstrom von mindestens 15 L/h/m2 durchsetzt.

4. Daten zur Effizienz der Phosphat- und Stickstoffelimination in der optimierten Demonstrationsanlage.

Projektziele (Deutsch)

Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer voll einsatzfähigen Abwasserreinigungsanlage mit rotierenden Membranen als funktionierende Demonstrationsanlage.

Beschreibung der Resultate (Deutsch)

Die Pilotanlage MECARA wurde mit der notwendigen Mess- und Regeltechnik für den vollautomatischen Betrieb ausgestattet. Für die Verklebung der Membranen auf den Trägerscheiben wurde eine optimierte Verklebetechnik entwickelt, welche einen reibungslosen mehrmonatigen Betrieb ermöglichte.

Im Vorfeld zu den Versuchsreihen an der ARA Jona mit kommunalem Abwasser wurden verschiedene Methoden zur diskontinuierlichen mechanisch/chemischen und zur kontinuierlichen mechanischen oberflächlichen Membranabreinigung untersucht. Die Vorversuche ergaben, dass mit fluidisierten Kunststoffschaumwürfelchen eine kontinuierliche Deckschichtentfernung ohne Beschädigung der Membranen möglich ist.

Bei den Versuchen mit dem kommunalen Abwasser im Teilstrom einer Kläranlage wurden die Ammonium-, Phosphat und BSB-Fracht bis unter die entsprechend geltenden Anforderungswerte der Gewässerschutzverordnung reduziert.

Allerdings kann mit den speziell modifizierten Membranen, dem Belüftungsregime und den rotierenden Membranscheiben alleine das Membranfouling nicht völlig verhindert werden. Der Einsatz von fluidisierten Reinigungselementen hat effektiv die Deckschichtbildung auf den Membranen verhindert. Jedoch war es nicht möglich den Filtratstrom langfristig über 15 l/h/m² zu halten (innere Membranverblockung). Eine periodische chemische Reinigung der Membranen ist daher erforderlich.

Das Konstruktionsprinzip der Scheibenpakete mit offen zugänglichen Zwischenräumen hat funktioniert. Die Versuche mit eigens angefertigten Reinigungsmodulen haben gezeigt, dass dieser Ansatz nach weiterer Optimierung eine Möglichkeit zur diskontinuierlichen mechanisch/chemischen In-situ Membranabreinigung darstellt und weiter verfolgt werden sollte.

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

Die Ergebnisse haben gezeigt, dass es grundsätzlich möglich ist eine Membrananlage ohne Pumpe und damit allein durch den Eigendruck der aussen anliegenden Flüssigkeitssäule zu betreiben. Hierbei wurden gute Reinigungsergebnisse erzielt. Als problematisch haben sich das Biofouling und die Porenverblockung der Membran erwiesen. Um dem Effekt des Biofoulings entgegen zu wirken muss in das bestehende Verfahren noch eine chemische Reinigungsstrategie eingebunden werden. Zur Verhinderung der Porenverblockung ist bei der zukünftigen Verfahrensführung auf eine geeignete Deckschichtkontrolle zu achten, welche mit der Belüfteranordnung direkt unter den rotierenden Membranscheiben erreicht werden kann.

Weiteres Vorgehen (Deutsch)

In welcher Weise die Erkenntnisse aus diesem Projekt wirtschaftlich umgesetzt werden können, hängt stark von den Rahmenbedingungen des Einsatzes ab und wird vom Industriepartner derzeit geprüft.

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

Seitens UMTEC wurden keine weiteren Publikationen gemacht, die die Ergebnisse ausführlicher beschreiben.