Neuartige Membranen für eine bessere Abwasserbehandlung

Eine Zusammenarbeit zwischen dem Singapore Institute of Technology und dem lokalen Startup SideStroem Water Technologies zielt darauf ab, Vorwärtsosmosemembranen im Labormaßstab im Nanofiltrationstyp für das industrielle Wasserrecycling zu optimieren.

AsianScientist (1. März 2023) – Wasserknappheit steht neben Bevölkerungswachstum und Industrialisierung ganz oben auf der Liste der globalen Probleme. Eine Möglichkeit, dieses Problem zu lindern, ist die Abwasserrückgewinnung. Der NEWater-Prozess in Singapur ist ein hervorragendes Beispiel. Leider sind großtechnische Prozesse des Abwasserrecyclings derzeit unzureichend, wenn es um das Ziel einer zukünftigen Wassernachhaltigkeit geht.

Die am häufigsten verwendete Methode zur Abwasserbehandlung in der Textil- und Gerbereiindustrie ist die Nanofiltration, bei der hoher hydraulischer Druck verwendet wird, um Wasser durch eine Membran zu bewegen und dabei einige wertvolle Salze zurückzuhalten.

Der hohe Wasserdruck führt jedoch zu einer starken Verschmutzung der Membran oder zur Ablagerung von Partikeln auf der Membranoberfläche, was dann zu einer Verstopfung der Membranporen führt. Aufgrund der Verstopfung sind häufige Reinigungszyklen und Membranwechsel erforderlich. Daher erfordert ein stabiler Betrieb des Systems teure und umständliche Vorbehandlungstechniken.

Das derzeitige industrielle Wasserrecycling ist nicht nur ineffizient, es ist auch schädlich für die Umwelt.

„Der Großteil der Abwasserabfälle wird typischerweise der Verbrennung zugeführt. Theoretisch müssen wir etwa 620 Kilowattstunden Energie aufwenden, um eine Tonne Abwasserstrom zu verbrennen, was 266 Kilogramm Kohlendioxid entspricht“, sagte Associate Professor Zuo Jian vom Food, Chemical and Biotechnology Cluster des Singapore Institute of Technology (SITZEN).

Angesichts der steigenden Energiekosten und der schädlichen ökologischen Auswirkungen der derzeitigen Methoden ist es zwingend erforderlich, eine alternative Lösung für das Abwasserrecycling zu finden.

Durch die Zusammenarbeit zwischen Associate Professor Zuo und SideStroem Water Technologies (SideStroem) wurde eine neuartige Vorwärtsosmose (FO)-Technologie zur Abwasserbehandlung entwickelt und wird für den industriellen Einsatz optimiert. Das Projekt kombiniert die Forschungskompetenz von SIT – der Universität für angewandtes Lernen des Landes – in der Membranfiltration und die Erfolgsbilanz von SideStroem in FO-Prozessen.

„Vorwärtsosmose kann dazu beitragen, Probleme im Zusammenhang mit der herkömmlichen Nanofiltration zu lindern, da sie eine geringe Verschmutzungstendenz aufweist. FO-Membranen können ihre Betriebsstabilität auch dann beibehalten, wenn das Abwasser von Natur aus stark verschmutzt ist. Dadurch können wir teure Vorbehandlungsprozesse vermeiden“, erklärte außerordentlicher Professor Zuo.

Tatsächlich erfreut sich FO in der industriellen Abwasseraufbereitung immer größerer Beliebtheit, und das aus gutem Grund. Im Gegensatz zur Nanofiltration benötigt FO keinen externen Druck und verbraucht dadurch weniger Energie. Neben der geringeren Verschmutzungsneigung eignet es sich auch für druck- und hitzeempfindliche Lösungen.

Darüber hinaus hat SideStroem spezielle FO-Membranen vom Nanofiltrationstyp (NF-Typ) hergestellt, die sowohl Wasser als auch einwertige Salze aus Abwasserströmen selektiv zurückgewinnen und recyceln können.

Durch die Zusammenarbeit mit außerordentlichem Professor Zuo wurden erhebliche Fortschritte bei den Membranen erzielt. Dazu gehören hohe Abweisungsraten für zweiwertige Ionen (mehr als 99 Prozent) bei gleichzeitig niedrigen Abweisungsraten für einwertige Ionen, 50-mal höhere Extraktionsraten einwertiger gelöster Stoffe und eine dreimal höhere Durchlässigkeit für reines Wasser im Vergleich zu kommerziellen FO-Membranen.

Angesichts dieser Merkmale hob außerordentlicher Professor Zuo zwei wesentliche Vorteile von FO gegenüber herkömmlichen Nanofiltrationstechnologien hervor:

„FO ist in der Lage, höhere Wasserrückgewinnungsraten zu erreichen und zeigt eine hohe Leistungsbelastbarkeit und Betriebsstabilität bei anspruchsvollen Anwendungen mit hohem Fouling, wodurch der Bedarf an umfangreichen Vorbehandlungsprozessen reduziert wird.“

Eine solche Technologie bietet den enormen Vorteil, dass die Betriebskosten der Abwasserbehandlung sinken und gleichzeitig die Ausbeute an zurückgewonnenen Ressourcen erhöht wird – eine enorme Verbesserung gegenüber aktuellen Behandlungsmethoden.

Derzeit wurde die NF-Typ-FO-Membran von Grundlagenforschungsproben von nur wenigen Quadratzentimetern auf Prototypen im A4-Papierformat skaliert, ein Schritt, der für die weitere Umsetzung in noch größere kommerzielle Maßstäbe unerlässlich ist.

„Geplant ist, im Jahr 2023 das erste Membranelement im kommerziellen Maßstab (vier bis acht Zoll) zu haben, das für Tests im Pilotmaßstab, Datenerfassung und Wissensgenerierung verwendet werden kann. Danach werden wir umfassende Membrantests veranlassen“, teilte außerordentlicher Professor Zuo mit.

Die Auswirkungen dieser Technologie sind enorm. Aufgrund ihrer Fähigkeit, gleichzeitig Wasser und wertvolle gelöste Stoffe zurückzugewinnen und gleichzeitig die Behandlungskosten niedrig zu halten, hat diese neuartige FO-Membran vom NF-Typ das Potenzial, die industrielle Abwasserbehandlung in Singapur und darüber hinaus zu revolutionieren. Darüber hinaus ist es durch die Reduzierung der CO2-Emissionen umweltfreundlicher.

Die Vielseitigkeit der Technologie macht sie auch für andere Methoden und Bereiche relevant. Eine Branche, die von der entwickelten Membran profitieren kann, ist die Fermentationsindustrie. Da die Membran in der Lage ist, hemmende Nebenprodukte aus der Fermentationsbrühe zu entfernen, kann der Fermentationsprozess kontinuierlich ablaufen. Dadurch wird die Produktivität der Branche verbessert und die Kapitalkosten gesenkt.

„Ich bin seit mehr als 10 Jahren auf dem Gebiet der Membranforschung tätig und sehe das Potenzial von Membrantechnologien bei der Behandlung von Industrieabwässern. Die FO-Technologie ist vorteilhaft, der Einsatz ist jedoch aufgrund des Mangels an geeigneten Membranen eingeschränkt. Ich hoffe, dass unsere neuartige Membran die FO-basierte Wasseraufbereitung in verschiedenen Branchen verbessern kann“, sagte außerordentlicher Professor Zuo.

Um mehr über diese Technologie zu erfahren, wenden Sie sich bitte hier an Associate Professor Zuo Jian und hier an SideStroem Water Technologies.—

Quelle: SIT; Bilder: Keng Photography/Tan Eng Keng, Shutterstock. Dieser Artikel spiegelt nicht unbedingt die Ansichten von AsianScientist oder seinen Mitarbeitern wider.

#Membrantechnologie #SideStroem Water Technologies #Singapur #Singapore Institute of Technology #Abwasserbehandlung

Das Asian Scientist Magazine ist ein preisgekröntes Wissenschafts- und Technologiemagazin, das F&E-Nachrichten aus Asien einem globalen Publikum zugänglich macht. Das Magazin wird von der in Singapur ansässigen Wildtype Media Group herausgegeben.

Das Asian Scientist Magazine ist ein preisgekröntes Wissenschafts- und Technologiemagazin, das F&E-Nachrichten aus Asien einem globalen Publikum zugänglich macht. Das Magazin wird von der in Singapur ansässigen Wildtype Media Group herausgegeben.