AiF-FV-Nummer 11472

Untersuchungen zur Stofftrennung in Verfahrenskombination aus Membranbrennstufe und Kristallisation

Status & Laufzeit

Abgeschlossen: 01.01.1998 bis 31.12.1999

Forschungsstellen

  • Fraunhofer Institut Umwelt-, Sicherheits-, Energietechnik UMSICHT
    Osterfelder Str. 3, 46047 Oberhausen
    http://www.umsicht.fhg.de

Zusammenfassung

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 ihrer gegenseitigen Beeinflussung. Im Rahmen dieses Projektes wurde ein Grundlagengerüst erarbeitet, das - bis hin zur Simulation des Gesamtprozesses - dessen Umsetzung ermöglicht. Es wurde 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 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. Im Dauerbetrieb wurde Calciumsulfat-Dihydrat aus einem nahezu gesättigten Prozessabwasser der 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 wurde, 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 erzwungen. 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.

Förderhinweis

Das Forschungsvorhaben der Forschungsvereinigung Umwelttechnik wird / wurde über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Dokumente