„nachhaltige technologien 4|2016"

19 18 usammen mit der lokalen Wasserbehörde in West Melbourne, Australien untersucht das Institut für Nachhaltigkeit und Innovation der Victoria University neuartige Lösungen für die Stickstoffrückgewinnung aus Abwässern. Die dabei in Frage kommenden Technologien sind Membrandestillation und Perva- poration. Diese Technologien werden durch Abwärme industrieller Prozesse angetrieben. In der Membran- destillationkommenPolymermembranenzumEinsatz, und das Funktionsprinzip entspricht der Destillation, wobei Ammoniumtransport bevorzugt stattfindet. Pervaporation ver- wendet Molekular- siebe auf Basis von Silicium, wobei diese so betrieben werden können, dass sie ent- weder den Ammoni- umdurchtritt verhin- dern oder selektive Diffusion ermögli- chen, um eine Tren- nung von Ammonium und Wasser zu er- reichen. Ein Beispiel des Transportmecha- nismus von ammo- niumdurchlässigen und -undurchlässigen Membranen zeigt die Abbildung [1]. SCHWERPUNKTTHEMA MEMBRANDESTILLATION Warum Rückgewinnung von Stickstoff? Ammonium und Ammoniumverbindungen sind we- sentlich und weltweit wird zu ihrer Herstellung etwa 1 % des Energiebedarfs aufgewandt. Weitere Energie wird verbraucht, um diese Verbindungen wieder zu entfernen. So werden 80 % des Energiebedarfes in Abwasserbehandlungsanlagen für die Entfernung aufgewendet. Flüchtige Ammoniumverbindungen sind außerdem eine ernste Bedrohung für die Ar- beitsplatzsicherheit, z.B. für Klärwärter. Daher ist die Lösung in dieser Forschungsarbeit einen sauberen Produktionsansatz zu verfolgen, um Ammonium ein- zusparen und wiederzugewinnen. Der Prozess soll einfach im Betrieb sein und geringe Energiekosten aufweisen. Gut bekannte Stickstoffquellen wie z.B. anaerobe Fermenter in städtischen und industriellen Abwas- serreinigungsanlagen enthalten Ammonium mit pH- Werten zwischen 6 und 8. Ammonium liegt hier nur begrenzt in flüchtiger Form für die Gewinnung vor. Kennwerte zur Definition von Benchmarks Anders als in bestehenden Prozessen fokussiert das gegenständliche Projekt auf die Rückgewinnung von Ammonium mit chemischer Einstellung des pH-Wer- tes zur Verschiebung des Gleichgewichts in Richtung flüchtigen Ammoniaks. In Tests zur Gewinnung von Kennwerten konnte für “Direct - Contact-Membran Destillation (DCMD)“ ge- zeigt werden, dass mehr als 75 % des Ammoniums aus dem Abwasser nach Ionentauscherregeneration mit einem pH-Wert von 7,7 bei 35°C als saubere Ammoniumlösung mit natürlichem pH-Wert rückge- wonnen werden konnten. Gleichzeitig wurden 95 % des Wassers durch Verwendung von kommerziellen PTFE-Membranen rückgewonnen, während hier keine Anpassung des pH-Wertes oder Zugabe von Säurelö- sung notwendig war [2]. Die folgende Abbildung zeigt Durchfluss und Wasserrückgewinnungsrate sowie Ammoniumkonzentration. Neue Verfahren für die Stickstoffgewinnung aus Abwässern Xing Yang Permeat (Vakuum) Feed Siliciummembran Membranporen (nach hydrothermischer Behandlung) Membranoberfläche NH3-durchlässige Membran Transportmechanismen von ammonium- durchlässigen (oben) und -undurchlässigen Membranen (unten) Stickstoff Wasser Permeat (Vakuum) Feed Membranporen Membranoberfläche NH3-undurchlässige Membran Siliciummembran Z