„nachhaltige technologien 01 | 2022"

lage zur Evaluierung der Ammoniumentfernung im Langzeitbetrieb. Um optimale Betriebsbedingungen festzulegen, wurden die Betriebsparameter in La- boruntersuchungen evaluiert und in der Pilotanlage umgesetzt. In der ersten Pilotphase wurden jeweils 100 Liter Zentratwasser im Batch-Betrieb behandelt. Später wurde die Anlage weiter automatisiert, um einen 24-Stunden-Betrieb zu ermöglichen und damit Langzeiterfahrungen sammeln zu können. Die Pilotanlage ist relativ einfach ausgestattet. Sie besitzt zwei Hauptkreise (Feed- und Permeat) mit den diesbezüglichen Temperatur-, Durchfluss- und Drucksensoren sowie eine pH-Regelung. Die Kreise werden bei Normaldruck betrieben, die Zudosierung der Chemikalien (Natronlauge und Schwefelsäure) erfolgt automatisiert. Die geringen Temperaturen (max. 40 °C), Drücke und pH- Werte zwischen 2,5 und 9 erlauben einen sicheren und robusten Betrieb. Die Membranfläche des Membrandestillationsmoduls um- fasst 14 m². Eine in einem Container installierte Membrandestilla- tionsanlage wurde für einen mehrmonatigen Realbetrieb an der Abwasserreinigungsanlage Gleisdorf installiert (Unten: Membrandestillationsmodul) Fotos: AEE INTEC Betriebserfahrungen und Ergebnisse Die Laboruntersuchungen zeigten einen optimalen Betrieb bei einem Feed-seitigen pH-Wert von 9,7 und einer Betriebstemperatur von 38 °C. Mit diesen Bedingungen konnte das Ziel einer Ammoniumrück- gewinnung von größer 90 Prozent in der Pilotanlage für die Behandlung von 100 Litern Feed mit einer durchschnittlichen Ammoniumentfernung von 96 Prozent nach 2 Stunden erreicht werden. Die Ammo- niumkonzentration des behandelten Zentratwassers lag unter 10 mg/l Ammonium-Stickstoff. Im Vergleich zu Standardbedingungen konnte der die Ammoniak- diffusion begleitende Wasserdampfdurchgang durch die Membran um 94 Prozent reduziert und damit eine weit selektivere Abscheidung von Ammonium als bisher möglich gezeigt werden. Dadurch können hohe Produktkonzentrationen erreicht und der Ener- giebedarf, der über Abwärme bereitgestellt werden kann, auf 12 kWh/kg entferntem Ammonium (NH4) gesenkt werden. In der zweiten Pilotphase konnte eine Optimierung in Hinblick auf einen geringeren Bedarf an Natronlauge durchgeführt undder Langzeit-Betriebbei reduziertem pH-Wert des Feed von pH 8,7 demonstriert werden. In dieser Phase wurde die Pilotanlage umgebaut, mit weiterer automatisierter Regelung ausgestattet und konnte durchlaufend 24 Stunden täglich betrieben werden, wobei ca. 1 m³ Feed-Wasser pro Tag behan- delt wurde. Das Feed-Wasser wurde jeweils in 100 Liter-Batches bis zur fast vollständigen Ammonium- Entfernung über die Membrandestillation geführt. Das Permeat wurde nicht ausgetauscht und so die Konzentration laufend erhöht. Die Ergebnisse zeigen, dass der Betrieb über mehrere Wochen bei pH 8,7 eine Ammoniumentfernung von über 90 Prozent erreichen und die Ammonium-Konzentration auf kleiner 20 mg/l gesenkt werden konnte. Das Permeat erreichte in die- ser Pilotphase eine Ammoniumsulfatkonzentration von ca. 23 g/l, entsprechend einer Stickstoffkonzent- ration (Ammonium-Stickstoff N-NH4) von 5 g/l (siehe Abbildung auf der nächsten Seite). Diese Konzentrati- on pendelte sich als stabile Produktkonzentration ein. Maßnahmen, diese noch weiter zu steigern, wurden mittlerweile in Laboruntersuchungen umgesetzt. Der Energiebedarf lag in der zweiten Pilotphase bei 16 kWh th /kg NH4, wobei in diesem Betrieb nur die Feedseite auf 38 °C erwärmt werden muss, bzw. in einem integrierten Betrieb die Wärme des Zentrat- wassers nach der Schlammentfernung durch eine Zentrifuge zum Teil direkt genutzt werden kann. Ein entscheidender Punkt der Evaluierung war die Stabilität des Prozesses und die nötige Reinigung. Die Anlage erwies sich als sehr robust und Betriebs- probleme entstanden während der Pilotphase nur in Bezug auf die, derzeit sehr einfach ausgeführte, Vor- reinigung, deren Filter immer wieder getauscht werden mussten. Die Membrandestillation lief selbst nach Zwischenabschaltungen konstant weiter. In mehreren Betriebskampagnen wurde über Wochen kein Abfall der Behandlungseffizienz festgestellt, wobei die Anla- ge nach jeder Kampagne (ca. 5-15 Tage) für 2 Stunden mit Zitronensäure auf der Feedseite gespült wurde. Die Ammoniumentfernung lag beispielsweise in zwei vergleichbaren Behandlungszyklen am 22. September bei > 99 Prozent und nach Säure-Spülung am 6. Okto- ber ebenfalls bei > 99 Prozent. Aufgrund des sehr gut laufenden Betriebs wurde noch keine Reinigungsopti- mierung durchgeführt. 25 24 TECHNOLOGIEENTWICKLUNG