Anlagenbau & Prozesstechnik

Energiesparfilter

Keramische Hochleistungsfilter zur Aufbereitung von Gärresten in Biogasanlagen

14.02.2011 -

Das novoflow SSDF-Filtersystem setzt neue Akzente in der Dynamischen Cross Flow Filtration (SSDF = Single Shaft Disk Filter). Durch die entkoppelten Parameter „Überstömungsgeschwindigkeit und Transmembrandruck" ist es möglich, ein Energiesparfilter-System anzubieten, das zudem durch den geringen Platzbedarf und seinen einfachen Aufbau besticht.

Besonders die Filtration gilt allgemein als „Schlüsseltechnologie", vor allem im Hinblick auf die zu erwartende, zunehmende Wasserknappheit. Die Aufbereitung von Abwasser, Prozess- und Brauchwasser wird immer aufwendiger werden, die Kreislaufführung von Wasser sowie die Abwasserbehandlung wird immer mehr an Bedeutung gewinnen. Dem sog. „produktionsintegrierte Umweltschutz", dessen volkswirtschaftliche und ökologische Bedeutung ständig zunimmt und in dessen Kontext die Kreislaufführung von Flüssigkeiten eine große Bedeutung hat, stehen gerade in diesem Bereich häufig hochspezifische Anwendungsfelder gegenüber. Ein weiterer Punkt ist die Steigerung der Qualität in allen Bereichen der Produktion und damit die Nachfrage nach gereinigten Stoffströmen. In diesem Segment findet sich die SSDF-Technologie wieder.
Um den vielfältigen Aufgaben und Anwendungen gerecht zu werden, bietet novoflow ein breites Spektrum von verschiedenen Systemen zur Wasser- und Abwasseraufbereitung an; so werden neben rotierenden Filteranlagen und Hohlfasermodulen auch Ozonanlagen oder Electrocoagulationsanlagen angeboten. Für einige Anwendungen ist es auch notwendig, mehrere Systeme miteinander zu kombinieren.

Aufbau und Funktion des novoflow SSDF-Filters
Als Filtermittel werden vorwiegend Keramikscheiben eingesetzt. Diese werden mit einem definierten Abstand übereinander gestapelt. Daraus ergeben sich die sog. Stacks mit einer Filterfläche von 15 m2 pro Anlage. Speziell gefertigte Distanzstücke sorgen für eine „sanfte und sichere" Aufnahme der Keramikscheiben und gewähren so enorm lange Standzeiten.
Durch Rotation der Stacks werden sehr hohe Strömungsgeschwindigkeiten erzeugt. Die dadurch auftretenden Scherkräfte an der Membranoberfläche verhindern den Aufbau eines Filterkuchens. Durch die separat einstellbaren Parameter Transmembrandruck und Strömungsgeschwindigkeit wird eine gezielte Kontrolle der Deckschicht erreicht.
Neben der Art der Strömung spielen der Werkstoff und die Struktur der Membranen eine wichtige Rolle. Ein Anforderungsprofil zeigt, dass eine Membran immer speziell für den jeweiligen Anwendungsfall ausgewählt werden muss. Den Alleskönner gibt es noch nicht; allerdings können wir in Zusammenarbeit mit der Firma Kerafol als Hersteller von Keramischen Membranfiltern das SSDF-Filtersystem über einen breiten Mikro- und Ultrafiltrationsbereich ausrüsten und somit Anlagen für nahezu jede Anforderung anbieten. Zudem ist es möglich, durch ein von novoflow patentiertes Verfahren jede auf dem Markt erhältliche Polymermembrane dicht- und druckfest einzufassen und in den Systemen einzusetzen. Dies ist speziell dann notwendig, wenn Membranen mit unterschiedlichen Ladungen benötigt werden.
Die novoflow bietet Serienmodule und maßgeschneiderte Filtrationsanlagen für die speziellen Einsatzzwecke seiner Kunden an. So ist es möglich, Filteranlagen im Zuge der Expansion eines Betriebes und erhöhte Mengen an zu filtrierender Flüssigkeit durch die modulare Bauweise anzupassen.
Die zentrale Einheit der Filteranlagen besteht aus modularen Bauteilen, die beliebig erweiterbar sind. Größere Einheiten ab 15 m2 Filterfläche können aus mehreren baugleichen Modulen unabhängig voneinander betrieben werden und zu Anlagengrößen von mehr als 500 m2 Filterfläche erweitert werden. Um anfallende Spitzenlasten abzupuffern, kann die Anlagenleistung variiert werden. Kleine Anlagen können auch mobil gestaltet werden.
Um für die Auslegung solcher Systeme oder Komplettlösungen die notwendige Planungs- und Auslegungssicherheit zu ermöglichen, bietet die novoflow auch Labor- oder Technikumsanlagen an. Die CRD 01 ist ideal für Testfiltrationen oder Laborbetrieb, um die grundsätzliche Eignung der Filtration nachzuweisen. Mit dieser Anlage können problemlos Kleinmengen filtriert werden. Das Gerät ist kompl. mit Pumpe, Steuerung und Rückspüleinheit ausgestattet und kann mit Keramikmembranen mit Trenngrenzen von 7 nm bis 2,0 µm ausgerüstet werden. Ein weiterer Schritt kann ein Einsatz von kleineren Produktionsanlagen sein, die von 1 - 5 m2 Filterfläche zur Verfügung stehen. Die Anlagen können mit oder ohne Servicepersonal gemietet werden.
Die besondere Betriebsweise der Dynamischen Cross Flow Filtration erlaubt unabhängig von Pumpen eine entkoppelte Regelung der Überströmungsgeschwindigkeit und garantiert somit eine enorme Reduktion des Energieverbrauchs, speziell im Vergleich zu Rohrmodulen um bis zu 90 %.
Bei herkömmlichen Cross-Flow-Modulen herrscht im Eingangsbereich des Membranmoduls der von der Pumpe aufgebrachte hohe Druck, der entsprechend dem Druckverlust längs der Membran abnimmt. Filtrationstechnisch bedeutet das, dass im vorderen Bereich ein wesentlich höherer Druck vorhanden ist und das Lösungsmittel durch die Membran permeiert, während gegen Ende der Überströmung im Extremfall sogar ein Rückfluss erfolgen kann - dann nämlich, wenn der osmotische Druck permeatseitig durch Anreicherung an Ionen größer ist als der aufgebrachte Druck. Die Überströmung der Filteroberfläche wird durch ständiges Umpumpen des Unfiltrats gewährleistet und ist mit einem enormen Energieverbrauch verbunden. Ebenso ist eine oftmals unerwünschte Temperaturerhöhnung nicht zu vermeiden, die nachgeschaltete Systeme beeinflusst.

Praktischer Einsatz - Gärresteaufbereitung
Die Gärrestaufbereitung bietet viele ökonomische und ökologische Vorteile und kann die wirtschaftliche Bilanz einer Biogasanlage positiv beeinflussen.
Die optimale Funktion der SSDF-Filteranlage ist nur gewährleistet, wenn eine optimale Vorreinigung gegeben ist. Hierzu wird die Aufbereitung von Gärresten in mehreren Schritten durchgeführt.
Um die Ultrafiltration zu entlasten, wird der Fermenter-Ablauf über ein geeignetes System, z. B. einen Dekanter, vorbehandelt. Das Zentrat wird dann der SSDF-Ultrafiltration zugeführt. In diesem Schritt werden feinste organische wie auch anorganische Feststoffe zurückgehalten.
Der Feststoff aus der ersten Stufe (z. B. Dekanter) kann durch seinen hohen Anteil an Phosphor zur Bodenverbesserung als Dünger eingesetzt werden.
Das bei der Ultrafiltration anfallende Konzentrat kann gezielt als Nährstoff vermarktet werden. Ebenso kann das Konzen­trat auf die Felder ausgebracht werden. Das Filtrat nach der Ultrafiltration enthält noch gelöste Nährstoffe wie Stickstoff und Kalium, die erneut dem Prozess zugeführt oder weiter über eine Umkehrosmose aufbereitet werden. Bei der Umkehrosmose wird sehr sauberes Wasser erzeugt. Alle Inhaltsstoffe, welche durch die Membrane zurückgehalten werden, können als „Kali-Stickstoff-Konzentrat"-Düngemittel vermarktet bzw. eingesetzt werden.
Da der Gärrest in nicht unerheblichen Mengen anfällt und nur zu bestimmten Jahreszeiten und Witterungsbedingungen ausgebracht werden darf, wird der Anlagenbetreiber gezwungen, große Lagerkapazitäten zu schaffen. Zudem enthält der Gärrest nur eine geringe Konzentration an Inhaltsstoffen, was den Transport und das Ausbringen unwirtschaftlich macht.
Durch die Aufarbeitung der Stoffströme wird ein hochwertiger Dünger produziert, der in seiner konzentrierten Form gezielt ausgebracht bzw. gelagert werden kann.

Vorteile der Gärresteaufbereitung:
-Erzeugung von Düngemittel- bzw. ­Nährstoffkonzentraten
-CO2-Minimierung
-Geringere Entsorgungsmengen
-Das erzeugte Reinwasser kann als Brauchwasser eingesetzt oder direkt eingeleitet werden
-Einsparung von Lagerkapazität
-Vollautomatischer Betrieb der Anlagen auf Wunsch mit Fernüberwachung
-Testanlagen in verschiedenen Größen verfügbar

Kontakt

Novoflow GmbH Umwelt und Filtertechnik

Rain am Lech