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Untersuchungen zur Stofftrennung in Verfahrenskombinationen aus Membrantrennstufe und Kristallisation

AIF-Schlussbericht (Forschungsvorhaben Nr. 11472N); Laufzeit 01.01.1998 - 31.12.1999
 
: Kümmel, R.; Robert, J.; Hoffmann, A.

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Volltext urn:nbn:de:0011-n-1736964 (4.6 MByte PDF)
MD5 Fingerprint: 4bc4a77bacfb42f2a0bc557fa32403eb
Erstellt am: 12.7.2011


Oberhausen: Fraunhofer UMSICHT, 2000, 76 Bl.
Förderkennzeichen: AIF 11472N
Deutsch
Bericht, Elektronische Publikation
Fraunhofer UMSICHT Oberhausen ()
membrane; nanofiltration; crystallisation; precipitation; seeding

Abstract
Bei der Aufbereitung von Elektrolytlösungen mittels Nanofiltration werden mehrwertige Ionen selektiv von der Membran zurückgehalten. Dieser Effekt lässt sich zur Abscheidung von schwerlöslichen Salzen, wie z.B. Härtebildnern, aus wässrigen Lösungen nutzen. Durch die Kombination der Nanofiltration mit einem Kristallisationsprozess ist eine Abtrennung von schwerlöslichen Salzen in kristalliner Form - ohne den Einsatz thermischer Energie oder chemischer Zusatzstoffe - möglich.
Voraussetzung für die Realisierung eines solchen Anlagenkonzeptes ist das genaue Verständnis der Vorgänge in den jeweiligen Teilprozessen der Nanofiltration, der Kristallisation und der Abscheidung, sowie deren gegenseitiger Beeinflussung. Im Rahmen dieses Projektes wurde ein Grundlagengerüst erarbeitet, das bis hin zur Simulation des Gesamtprozesses dessen Umsetzung ermöglicht.
Es wird ein Modell entwickelt, das die Membran als mikroporöse Trennschicht ansieht, deren Trennwirkung gegenüber Ionen allein aufgrund membranspezifischer Parameter betrachtet wird. Die Ionenkonzentration in den Poren ist bei der Stofftrennung von wesentlicher Bedeutung.
Das externe Seeding, bei dem die Übersättigung der Lösung in einem Kristaller abgebaut und der Ablauf des Kristallers nach Klärung oder Mikrofiltration in den Vorlagetank zurückgeführt wird, erweist sich dem bekannten Verfahren des internen Seedings, bei dem ein Kristallslurry nanofiltriert wird, als deutlich überlegen.
Sowohl externes als auch internes Seeding ermöglichen die Feststoffabscheidung in einem Kombinationsprozess. Das externe Seeding liefert jedoch bis zu viermal höhere Nanofiltrationspermeatflüsse als das interne Seeding. Erklärbar ist dies durch die sich beim internen Seeding auf der Membran bildenden Deckschichten.
Durch eine mathematische Simulation des Gesamtprozesses wurden optimale Prozessparameter errechnet. Darüber hinaus konnte an konkreten Beispielen die Praxisrelevanz und Realisierbarkeit des Prozesses demonstriert werden.
Im Dauerbetrieb wurde Calciumsulfat-Dihydrat aus einem nahezu gesättigten Prozessabwasser einer Rauchgaswäsche einer Müllverbrennungsanlage abgetrennt, ohne dass detektierbare Kristalle im Modul oder auf der Membran entstanden. Eine Einstellung, bei der mit 35 °C, 10 bar und einem Verhältnis von 0,1 zwischen Permeat- und Feedvolumenstrom an der Membran aufkonzentriert wird, hat sich als optimal erwiesen. Im Kristaller wird mit einer Anfangsfeststoffkonzentration von 6 g/L bei einer Aufenthaltszeit von 30 min bei 35 °C der Abbau der Übersättigung durchgeführt. Der mikrofiltrierte Ablauf des Kristallers wird in den Vorlagetank zurückgeleitet.
Wie erste praktische Untersuchungen zeigen, bietet das im Forschungsvorhaben untersuchte Verfahren für zahlreiche Einsatzgebiete wie z.B. Abtrennung von Metallsalzen aus Beizsäuren oder Gewinnung organischer Wertstoffe aus Salzlösungen ein erhebliches Innovationspotential. Das angestrebte Forschungsziel wurde erreicht.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-173696.html