„nachhaltige technologien 4|2016"

Verhalten von realen Abwässern Anders als bei synthetischen Ammoniumlösungen mit einem pH-Wert von 7 zeigten Tests mit realen Abwas- serproben bei pH-Werten unter 7 die Fähigkeit der Membranen freies Ammonium mit Vakuum-Membran- destillation zu entfernen. Daher scheinen die chemi- schen Bedingungen von Abwässern eine nutzbringende Entfernung von Ammonium zu begünstigen [3]. Kombination der Verfahren Die Kombination von zwei Membrandestillations- verfahren soll nun dazu beitragen, das gesetzte Ziel einer Konzentration des freien Ammoniums industri- eller Abwässer auf ein wiederverwertbares Niveau (>10000 mg/l) besser zu erreichen. Eine Mehrstufen- vakuummembrandestillation oder eine Zweistufenlö- sung mit einer Kombination von Direct-Contact-Mem- brandestillation und Vakuummembrandestillation/ Pervaporation werden zur Behandlung von Abwässern unterschiedlicher Zusammensetzung (z.B. unterschied- licher pH-Werte) vorgeschlagen. Die konzeptuellen Prozessdiagramme zeigt die Abbildung auf der nächs- ten Seite. In der Direct Contact-Membrandestillation schaffendiehydrophobenMembranendieAbscheidung von 70-90% des Ammoniums sogar bei niedrigen pH- Werten und eine saubere Wasser-Ammonium-Lösung mit natürlichem pH-Wert wird erhalten. Unterschiedli- che Möglichkeiten für die Vakuummembrandestillati- on/Pervaporations-Stufe wurden untersucht, um eine effektivere Rückgewinnung des Ammoniums aus dem Permeat der Direct Contact-Membrandestillation zu erreichen (Produkt aus Stufe 1). Wie oben erwähnt, könnten Polymermembranen mit 23-facher Ammo- nium-Aufkonzentration eine Lösung sein [3], aber die hydrophobe Natur der Membran könnte eine Verschmutzung der Membran bewirken (organisches Fouling), besonders wenn Abwässer aus anaeroben Fermentern behandelt werden sollen. Als Alternative bietet sich die Verwendung von Molekularsieben auf Basis von Silicium an, die Ammonium entweder zu- rückhalten oder selektiv passieren lassen und dadurch eine Ammonium-Wasser-Trennung bewirken. Eine kommerzielle Organo-Silicium-Membran lässt Ammonium selektiv passieren. Dadurch wird eine star- ke Konzentration des Ammoniums im Permeat bewirkt. Diese hohe Konzentration von Ammonium kann jedoch Probleme mit der Gamma-Tonerde-Zwischenschicht der hybriden Silicium-Membran verursachen [4]. Kürz- lich wurde daher eine neue „Zwischenschicht-freie“ kobalt-dotierte Silicium-Molekularsieb-Membran ent- wickelt. Diese lässt Wasser in synthetischen Ammoni- um-Lösungen oder anaeroben Fermenter-Abwässern selektiv passieren (3-100 fach) [1]. Daher wäre diese Membran geeignet, das Ammonium aus der Produktlö- sung von Stufe 1 (Direct Contact-Membrandestillation) aufzukonzentrieren (siehe Abbildung rechts). Weiters konnte mit einer einstufigen Vakuummemb- randestillation mit kommerziellen Polypropylenmem- branen das Ammonium im Permeat im Vergleich zur Ausgangslösung 23-fach aufkonzentriert werden. Die Temperatur betrug hier 45°C und der pH-Wert lag zwischen 10-11 [3]. 45.0 40.0 35.0 30.0 25.0 20.0 15.0 10.0 5.0 0.0 100.0 90.0 80.0 70.0 60.0 50.0 40.0 30.0 20.0 10.0 0.0 0 20 40 60 80 Permeate Flux (L/m2/hr) Time (hr) % Recovery Durchfluss und Wasserrückgewinnungsrate 250.0 200.0 150.0 100.0 50.0 0.0 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Time (hr) Permeate EC (µS/cm) Ammonia (mg/L as N) 0 20 40 60 80 Permeat-Leitfähigkeit und NH 3 -Konzentration im Permeat Durch Direct Contact -Membrandestillation erzielte Ammoniumkonzentration (unten) und Wasserrückgewin- nungsrate (oben) nach Behandlung des Abwassers mittels Ionentauscherregeneration (pH=7,7, Q f = Q p = 500 mL min-1, T p = 20 °C. T f = 50-60 °C, NH 3 -Konzentration der Ausgangslösung C NH3 =38mg/l)