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Worum geht es bei der Membrantechnik?

Trinkwasserbereitstellung durch Membranfiltration für kleine Menschenansammlungen in Katastrophenfällen Rotary International – Arbeitstagung Initiativgruppe Wasser Frankfurt, 27. Oktober 2007.

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Worum geht es bei der Membrantechnik?

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Presentation Transcript

  1. Trinkwasserbereitstellung durch Membranfiltration für kleine Menschenansammlungenin KatastrophenfällenRotary International – Arbeitstagung Initiativgruppe WasserFrankfurt, 27. Oktober 2007 Univ.-Prof. Dr.-Ing. Franz-Bernd Frechen, KasselObmann des DWA-Fachausschusses KA-7 „Membranbelebungsanlagen“Vice-Chair, IWA Specialist Group „Membrane Technology“Chair, CEN CEN/WS/34 “Submerged Membrane Bioreactor (MBR) Technology”

  2. Worum geht es bei der Membrantechnik? • Oft besteht die Aufgabe, feinste Partikel aus Wässern zu entnehmen • Dies kann vorteilhaft durch eine mechanische Barriere in Form einer Membran erfolgen • Je kleiner die „Löcher“ in der Membran, desto besser der Feststoff-Rückhalt, desto günstiger die Wasserqualität des Filtrats, aber desto höher auch der notwendige Betriebsdruck

  3. Membrantechnik – Basics Viruses Bacteria Salt Cryptosporidia Red blood cells MWCO approx. 200 20 000 500 000 daltons 200 reverse osmosis 100 nano-filtration 10 pressure [bar] DIN filtration with 0.45 µm ultra-filtration micro-filtration 1 filtration 0.1 0.0001 0.001 0.01 0.1 1 10 size of particles/molecules [µm]

  4. Membrantechnik – Basics Membran

  5. Getauchte Membran – Plattenmodule Martin Systems Kubota Kubota Huber Busse

  6. Getauchte Membran – Hohlfasermodule Getauchte Module - Hohlfaser Hohlfasermodul Zenon Hohlfasermodul Mitsubishi Rayon Hohlfasermodul Koch Hohlfasermodul USFilters

  7. Beispiel Trinkwasseraufbereitung WasserwerkRoetgen/Aachen Porenweite:20 Nano Membranfläche:70.000 m2 Wassermenge:144.000 m3/d(Maximalleistung) Nr.1 in D Nr. 5 weltweit

  8. Trinkwasser in Katastrophenfällen • Nach Naturkatastrophen steht häufig kein hygienisch unbedenkliches Trinkwasser zur Verfügung • Dann ist der Einsatz mobiler „Wasserwerke“ notwendig • Anschwemmfilter • Membraneinheiten • Mikrofiltration (MF) • Ultrafiltration (UF) • Umkehrosmose „reverse osmosis“ (RO) • UV-Desinfektion • Chlorung

  9. Mobiles Wasserwerk • Mobile Trinkwasserwerke für Not- und Katastrophenfälle benötigen • Energie/Diesel • Chemikalien • GeschultesPersonal Beispiel:Vorfilter+ UF+ RObis zu 4,5 m3/h

  10. Die Herausforderung • Bei Katastrophen werden mobile Wasserwerke dort ein-gesetzt, wo viele betroffene Personen zu finden sind • Aber Bewohner kleiner Dörfer (z.B. <1.000 E) müssen ihr Trinkwasser von den mobilen Wasserwerke holen • Das geht nur, wenn diese nicht zu weit entfernt und noch erreichbar sind – das ist aber nicht immer der Fall ..... • .... daher ist zusätzliche Hilfe nötig! • Am Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft der Universität Kassel haben wir daher mit Unterstützung der DBU einen Prototyp einer einfachen Membraneinheit entwickelt, die kleine Menschenansammlungen versorgen kann

  11. Notfallszenario und Lösungsansatz Keine elektrische Energie Nutzung der Gravimetrie Absetzen aus der Luft & tragbar Membranfiltration Transportprobleme Keine Chemikalien transportation overland not possible Notfallszenario– Lösungsansatz Selbsthilfe ist möglich Kein Fachpersonal betriebsfertig gelagert Zeitdruck Beschreibung über Piktogramme Selbsthilfe

  12. Notfallszenario und Lösungsansatz Keine elektrische Energie Transportprobleme Keine Chemikalien transportation overland not possible Notfallszenario– Lösungsansatz Kein Fachpersonal Zeitdruck Selbsthilfe

  13. Getestete Membrantypen

  14. Flux Tests

  15. Ergebnisse • Kapillar- u. Flachmembranen getestet, Porenweite 100 nm • Hygienische Parameter • E.Coli, Coliforme, Fäkalstreptokokken 0 in 100 ml • Hydraulische Leistungsfähigkeit • keine chemische Reinigung nötig • Flux: • 3 Tage lang über 30 L/(m2*h) • stabilisiert sich bei 10 L/(m2*h) für Wochen • bei 11 m2 Membranfläche und 24 h Dauerbetrieb und etwa5 Liter pro Mensch und Tag: • ausreichend für mind. 1.500 Menschen bis 3 Tage • ausreichend für mind. 500 Menschen für Wochen

  16. Die Lösung – Prototyp • Keine beweglichen Teile, keine Energie, keine Chemikali-en nötig, von jedem betreibbar

  17. Die Lösung – Prototyp • Keine beweglichen Teile, keine Energie, keine Chemikali-en nötig, von jedem betreibbar

  18. Die Lösung – Prototyp • Keine beweglichen Teile, keine Energie, keine Chemikali-en nötig, von jedem betreibbar – auch von Analphabeten

  19. Wie weiter? Welche Kosten? • Weiterentwicklung vom Prototyp zum einsatzfähigen Modul im Rahmen eines ca. 1½ -jährigen Forschungs-projektes, Kosten geschätzt ca. 500.000 € incl. Her-stellung des Spritzwerkzeuges (ca. 150.000 €), mit dem dann mind. 10.000 Einheiten gespritzt werden können • Danach kann die Produktion mit Hilfe des o.a. Werkzeuges gefertigt werden. Kosten ca. 700 €/Stück; Annahme: das Spritzwerkzeug wurde im Rahmen des o.a. FuE-Projektes erstellt und kann weiter genutzt werden • (Förderung von 50% durch die DBU?)

  20. Wie weiter? Welche Kosten?

  21. Die Folien dieses Vortrages werden in Kürze auf zum Download bereitstehen www.uni-kassel.de\fb14\siwawi

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