Wasserfiltration pulsierend ( Technische Machbarkeitsstudie für ein neuartiges Wasserfiltrationssystem Clean Water Pulse)

• Forschungsstelle: BAFU
• Projektnummer: UTF 321.01.10

Schlüsselwörter (Deutsch)

Wasserfiltration, selbstpumpendes Filtersystem, Selbstreinigung, Abwasserreinigung, Trinkwasser, pulsierende Druckfelder

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Die heute verbreiteten Wasserfiltrationssysteme, die auf statischen Filtermembranen basieren, haben einen relativ hohen Energiebedarf. Probleme bereitet auch die Ablagerung von Sedimentpartikeln auf der Filteroberfläche, welche die Filterkapazität beeinträchtigt. Im vorliegenden Projekt soll deshalb ein neuartiges selbstpumpendes Filtersystem mit Selbstreinigungseffekt auf der Basis von pulsierenden Druckfeldern entwickelt werden. Der Anwendungsbereich der neuen Technologie liegt in erster Linie in der Wasserfiltration zur Reinigung von Abwasser und zur Produktion von Trinkwasser; später werden auch Anwendungen im Bereich der Meerwasserentsalzung angestrebt.

Ergebnisse gemäss Vertrag (Deutsch)

1. Prototyp eines selbstpumpenden Filtrationssystems mit Selbstreinigungseffekt, das auf der Basis von pulsierenden Druckfeldern funktioniert
2. Daten zur Funktionsfähigkeit des Filtrationssystems aus Tests mit einem Betriebsdruck bis max. 2 bar und bis max. 20 bar (Durchsatz, Trübheitsgrad des Filtrats, Filterfeinheit)
3. Daten aus Vergleichstests mit klassischer Filtrationstechnologie ohne Selbstreinigung, insbesondere in Bezug auf Leistung und Energiebedarf
4. Redaktion eines Schlussberichtes mit Darstellung der Ergebnisse aus 1. bis 3.
5. Bereitstellung von Textbausteinen und Illustrationen für die Erstellung eines Publikums-Factsheets
6. Präsentation der Ergebnisse an einem wissenschaftlichen Kolloquium beim BAFU mit entsprechender Power-Point Darstellung

Projektziele (Deutsch)

Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines neuartigen Filtersystems auf der Basis von nicht stationären fluiddynamischen Effekten, das energieeffizienter und selbstreinigend ist und aufgrund der längeren Standzeiten weniger Materialressourcen benötigt als etablierte Filtersysteme.

Beschreibung der Resultate (Englisch)

The Novel filter is designed to perform as volumetric pump with integrated self cleaning mechanism.

The introduced filter technology allows for self cleaning procedure which is proven to be effective especially for wide particle size distribution and fine filtration applications without preconditioning of feed fluid.

After sorrow design and development of functional prototype, it was illustrated that filter system is capable to pump and filter through 5 mm filter mash at almost 13 time’s higher filtration throughput rate if compared to static filter system. The performance of filtration system was tested with the feed fluid that was contaminated with 30% by volume plate like particles of up to 3 mm size.

The advantage of pulsating filter allows for filtration of suspensions with high concentration of particles. The pulsation is adjusted to impact flow ability of the fluid continuously during filtration cycle, what allows reducing the head pressure loss and increasing performance of the filter in continuous filtration process.

The filter energy consumption varies between 2 kWh and 3 kWh for 900 kg/h filtration performance at up to 6 bars pressure spikes induced by pulsating filter chamber.

 

Umsetzung und Anwendungen (Englisch)

Design of filter allows for verity of applications, from viscous structural fluids to low viscous Newtonian fluids. The first approbation of the principle and technique was used for fine filtration without coarse pretreatment of water seeded with 30% by volume coarse solids fraction. Such advantage of the filter can be further used for drinking water, wastewater purification and Desalination.

Eliminating Pretreatment step in applications of nanofiltration (NF) membranes will allow to avoid one-way flow through the system. Self cleaning assembly will allow for permanent removal of accumulated material from the filter surface. Thus systems that are highly susceptible to fouling can be replaced or modified with new self cleaning mechanism.

Besides, the filter function was optimized and programmed for long time tests under industrial conditions. The filter chamber was designed to withstand pressure up-to 40 bar and thus can be used for evaluation of reversed osmosis under pulsating flow. Thus introduced technology potentially allows for use of Cartridge filtration in nanoparticles range.

 

Weiteres Vorgehen (Englisch)

For continuous industrial test of a system further wash out mechanism of accumulated coarse phase out from the filter should be properly designed and conceptually realized in industrial prototype.

 

It is important to perform tests with different types of filter materials with the target to test filtration with mash size below 1 mm. The target for such test is to step into reverse osmosis and desalination applications. This expected to be a breakthrough in water treatment technology.

 

Further development for highly concentrated structural fluids is also if high interest and industrial demand. Here the filter construction must be adapted to high viscosity structural fluids. The application covers filtration in food industry. Handling of beer, yoghurt, chocolate, juse and etc. needs separation and classification process step which is due to wide particle size distribution is complex semi batch filtration with pretreatment process.

 

Further application can be found in separation and classification of crude oil phases, general chemicals,

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

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