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Juli 2017
Martin Ulbricht
Membrankontaktoren zur NH3-Rückgewinnung aus industriellem Prozesswasser
Untersuchung eines neuen Trennverfahrens im großtechnischen Maßstab
In Wasser gelöster Ammoniak (NH₃) stellt in hohen Konzentrationen eine Belastung für das Ökosystem dar. Die Verwendung hydrophober Membranen zur Stofftrennung gasförmiger Verunreinigungen aus Prozesswasserströmen bietet eine Alternative zu den konventionellen Kontaktapparaten. Denen gegenüber zeigt die Membrantechnik Vorteile durch Prozessintensivierung und Flexibilität in der Prozessgestaltung. Die Membrankontaktoren finden daher zunehmend Anwendung in der industriellen Wasseraufbereitung und leisten einen Beitrag zum technischen Umweltschutz.
Mittels Membrankontaktoren lässt sich die physikalische Desorption mit der chemischen Absorption in einem Apparat zusammenführen. Durch die sogenannte TransMembraneChemiSorption (TMCS) wird dabei der aus dem Abwasser über die gasgefüllten Membranporen transferierte NH₃ als Ammoniumsalzlösung zurückgewonnen. Eine Untersuchung des neuen TMCS-Verfahrens anhand gemessener Daten einer großtechnischen Anlage erlaubt die Beschreibung der wesentlichen Prozessparameter. Mittels geeigneter Berechnungsmodelle wird so eine Vorhersage der Prozessleistung ermöglicht.
In der vorliegenden Arbeit werden die Ansätze zur Beschreibung der thermischen Trenntechnik auf die TMCS angewandt und ein Vergleich zu den herkömmlichen Aufbereitungsverfahren ermöglicht. Auf Grundlage einer Stoffbilanz werden hierfür die Stofftransportkoeffizienten mithilfe der Filmtheorie ermittelt und um den Chemikalienverbrauch und Energiebedarf ergänzt. Die anschließende Bewertung des TMCS-Verfahrens erfolgt durch prozessspezifische Kriterien. Die Potentiale des neuen Verfahrens werden anhand einiger Anwendungsbeispiele aufgezeigt und durch die Entwicklungsmöglichkeiten aus ersten Betriebserfahrungen ergänzt.
Mittels Membrankontaktoren lässt sich die physikalische Desorption mit der chemischen Absorption in einem Apparat zusammenführen. Durch die sogenannte TransMembraneChemiSorption (TMCS) wird dabei der aus dem Abwasser über die gasgefüllten Membranporen transferierte NH₃ als Ammoniumsalzlösung zurückgewonnen. Eine Untersuchung des neuen TMCS-Verfahrens anhand gemessener Daten einer großtechnischen Anlage erlaubt die Beschreibung der wesentlichen Prozessparameter. Mittels geeigneter Berechnungsmodelle wird so eine Vorhersage der Prozessleistung ermöglicht.
In der vorliegenden Arbeit werden die Ansätze zur Beschreibung der thermischen Trenntechnik auf die TMCS angewandt und ein Vergleich zu den herkömmlichen Aufbereitungsverfahren ermöglicht. Auf Grundlage einer Stoffbilanz werden hierfür die Stofftransportkoeffizienten mithilfe der Filmtheorie ermittelt und um den Chemikalienverbrauch und Energiebedarf ergänzt. Die anschließende Bewertung des TMCS-Verfahrens erfolgt durch prozessspezifische Kriterien. Die Potentiale des neuen Verfahrens werden anhand einiger Anwendungsbeispiele aufgezeigt und durch die Entwicklungsmöglichkeiten aus ersten Betriebserfahrungen ergänzt.
Schlagwörter: Membrankontaktoren; Ammoniak; Trennverfahren; Wasseraufbereitung; Chemisorption
Wuppertaler Reihe zur Umweltsicherheit
Herausgegeben von Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Eberhard Schmidt, Wuppertal
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