Ziel des Projektes HaSiMem ist die Entwicklung eines effizienten Aufbereitungsverfahrens für Haldensickerwässer, durch Kombination von Wasserentzug durch Membrandestillation und anschließender Kristallisation und Demonstration des Verfahrens im Feldversuch.
Versuche von K-UTEC AG Salt Technologies (K-UTEC) mit einem kommerziell erhältlichen Membrandestillationsmodul zur Wasseraufbereitung zeigten gute Ergebnisse mit Lösungen, deren Salzkonzentration weit unterhalb der NaCl-Sättigungskonzentration waren. Mit Annäherung an die Sättigungsgrenze wurde allerdings schnell einsetzendes Scaling auf der Membran beobachtet, welches auf starke Polarisationseffekte innerhalb der Feedkanäle und damit auf die vorherrschenden Strömungsprofile zurückzuführen ist. Zur Lösung dieses Problems wurden verschiedene Versuchsaufbauten mit vorgeschalteter Kühlungskristallisation durchgeführt. Das Scaling-Problem konnte so zwar gelöst werden, allerdings stieg durch diese Prozessführung der Energieverbrauch infolge der nötigen Heiz- und Kühlungszyklen stark an, was die ökonomische Machbarkeit in Frage stellen würde. Versuche, die Scaling-Schicht im Betrieb durch Spülen mit verdünnter Feedlösung zu entfernen, scheiterten. Die Versuche von K-UTEC mit dem kommerziellen Membrandestillationsmodul wurden mit Ende dieser Versuchskampagne eingestellt.
Die vom IKTS entwickelten keramischen Membranen zeigten sich für diese Problemstellung deutlich besser geeignet. Versuche, bei denen eine synthetische Haldenlösung soweit konzentriert wurde, dass es zu einer vollständigen Benetzung der Membran mit einer Scaling-Schicht und dem damit einhergehenden Einbruch des Destillatflusses zeigten, dass sich diese Membran im laufenden Betrieb durch Zugabe untersättigten Feeds vollständig regenerieren lässt. Weitere Versuche mit leicht übersättigter Suspension und Feststoffanteilen zeigten über 12 Stunden stabile Destillatflüsse von 5 kg m-2 h-1. Weiter wurde beobachtet, dass eine sich die ausbildende Kristallschicht beim Scaling-Vorgang nur locker auf der Membran anlagert, und leicht gelöst werden kann. Aktuell finden weitere Versuche zur Langzeitstabilität der keramischen Membran für den Betrieb einer Destillation mit Suspension statt, die einen geringen Feststoffanteil haben.
Abbildung 1 (links): VMD-Modul mit Polymermembran und interner Wärmerückgewinnung von SolarSpring.
SolarSpring ist es gelungen, ein Vakuummembrandestillationsmodul mit interner Wärmerückgewinnung im eigenen Betrieb zu fertigen und erste Versuche mit salzhaltiger Lösung durchzuführen. Die Versuche zeigten, dass die gewählte Prozessführung einen effektiven Weg der Wärmerückgewinnung darstellt. Die Energieeffizienz des Destillationsprozesses ähnlich zu der einer zweistufigen, thermischen Eindampfanlage. Eine geringfügige Steigerung der Energieffizienz ist möglich. Diese Erkenntnisse beziehen sich allerdings auf Salzlösungen unterhalb der Sättigungskonzentration. Versuche mit gesättigten Salzlösungen oder Salzsuspensionen stehen noch aus.
Abbildung 2 (rechts): Auswahl der am IKTS synthetisierten Membrangeometrien. Unten von links nach rechts: 7-KR, 19-KR, 12-RKR; und oben von links nach rechts: 18-RKR, EKR aus TiO2 und eine darüberliegende selektive Schicht geringer Porengröße, welche zusätzlich mit Alkylsilanen hydrophobiert wurde.
