Ziel des FITWAS-Projektes ist es, durch die Wiederverwendung von Filterspülwässern aus der Grundwasseraufbereitung die Verfügbarkeit von Trinkwasser zu erhöhen. Bei der Aufbereitung von Grundwasser zu Trinkwasser fallen bei norddeutschen Wasserversorgern Filterspülwässer in der Größenordnung zwischen 1% und 4% an. Diese eisen- und manganhaltigen Filterspülwässer werden derzeit i.d.R. als Abwasser entsorgt und sind damit für die Trinkwasserversorgung unbrauchbar. Zur Wiederverwendung dieser Wässer werden in FITWAS ausgehend von Laborversuchen bis hin zu Praxistests an vier Wasserwerksstandorten Membranverfahren mit unterschiedlichen Verfahrenskonzepten und Membranmodulen/-materialien im Vergleich zur konventionellen Aufbereitung (z.B. Sandfiltration) bzw. Entsorgung untersucht.
Da keramische Membranen bisher nicht zur Aufbereitung von Filterspülwasser eingesetzt werden, aber ein hohes Potential für schwierige Wässer haben, lag der Schwerpunkt der Laborversuche auf keramischen Membranen aus den Materialien SiC und Al2O3. Die keramischen Flachmembranen werden im Unterdruckbetrieb in einer Laboranlage (Abbildung 1, Tankvolumen ca. 6 Liter) getestet.
Abbildung 1 (links): Laboranlage zur Untersuchung keramischer Flachmembranen im Unterdruckbetrieb, Versuch mit Filterspülwasser (Quelle DVGW-Forschungsstelle TUHH).
Mit beiden Membranen wurde dabei ein hoher Filtratflux im Vergleich zu polymeren Membranen erreicht. Eine vorherige Sedimentation des Filterspülwassers wirkt sich negativ auf den Betrieb der Membranfiltration aus. Bei sedimentiertem Filterspülwasser sinkt die Permeabilität der Membranen irreversibel ab. Durch Rückspülung der Membranen zur Ablösung des Filterkuchens kann die Filtratleistung also nicht vollständig wiederhergestellt werden. Homogenisiertes Filterspülwasser bildet einen besser rückspülbaren Filterkuchen, so dass diese Betriebsweise zu bevorzugen ist. Weiterhin wird mit der Membran aus SiC im Vergleich zu Al2O3 der gewünschte Filtratflux bei geringerem angelegten Unterdruck erreicht. In den Laborversuchen wurde eine hydraulische Rückspülung über 20 Sekunden eingesetzt. Im Folgenden ist geplant, kurze Rückspülstöße (Back Pulse) von wenigen Sekunden zu nutzen und so die Filtratausbeute weiter zu verbessern.
Bisherige Ergebnisse wurden von Charlotte Kast (DVGW-TUHH) in einem Vortrag auf der internationalen Membrantagung MELPRO 2022 in Prag am 21.09.2022 vorgestellt. Die Laborversuche waren Basis für Start-Parameter beim Betrieb einer Pilotanlage mit keramischen Membranen an einem Wasserwerksstandort von HAMBURG WASSER. Der angesetzte Filtratflux liegt bei 150 L/m²h.
Die Pilotversuche am ersten Wasserwerksstandort sind dieses Jahr gestartet. Im Wasserwerk Süderelbmarsch von Hamburg Wasser wurde zuerst eine Sandfilter-Versuchsanlage in Betrieb genommen, um die Aufbereitung von sedimentierten Filterspülwässern mit Flockung und Sandfiltration zu testen. Erste Ergebnisse zeigen, dass während der Filtration eine zuverlässige Trübungsreduktion erreicht wird. Die Filtratqualität entspricht den Anforderungen für eine (der Sandfiltration) nachgeschaltete UV-Desinfektion. Diese ist notwendig, um das Wasser im Wasserwerk wieder zu Trinkwasser aufbereiten zu können.
Parallel wird von HAMBURG WASSER die Membranfiltration mit getauchten polymeren Membranen ohne vorherige Sedimentation untersucht (Abbildung 2, Größenordnung 1 m³/h).
Abbildung 2 (rechts): Pilotanlage zur Aufbereitung von Filterspülwasser mittels getauchter Polymermembranen (Quelle: HAMBURG WASSER).
Das Filterspülwasser weist eine Trübung bis zu 1000 NTU und Gesamteisengehalte bis 200 mg/L auf. Es wird ein industrielles Membranmodul mit Hohlfasermembranen im out-in Unterdruckbetrieb eingesetzt. Die Versuchsschwerpunkte liegen auf der Betriebsstabilität, der Filtratqualität, sowie der Erarbeitung von Reinigungsstrategien (Rückspülung, Belüftung und chemische Reinigung), um einen dauerhaft hohen Filtratflux zu realisieren. Es zeichnet sich hierbei eine Größenordnung von 60 L/m²h für die polymere Membran ab. Da inzwischen ebenfalls eine Pilotanlage mit keramischen Flachmembranen im Unterdruckbetrieb aufgebaut und in Betrieb genommen wurde, können im Folgenden beide Membrantypen direkt verglichen werden. Der Versuchsstart der Pilotversuche in einem Wasserwerk des OOWV mit anderer Versuchskonfiguration sowie Beschaffenheit des Filterspülwassers steht im kommenden Jahr an.
Ankündigungen / Anstehende Veranstaltungen
- Trinkwasserkolloquium Hamburg, 16.02.2023 an der TUHH (https://www.tuhh.de/wwv/veranstaltungen/trinkwasserkolloquium.html )
- GDCh Wasser 2023,15. - 17. Mai 2023 in Augsburg (https://www.wasserchemische-gesellschaft.de/de/wasser-2023/seiten/wasser-2023
- Arbeitssitzung Trinkwasser der DVGW-Landesgruppe Nord, November 2023 (https://www.dvgw.de/der-dvgw/landesgruppen/landesgruppe-nord/veranstaltungen/arbeitssitzung-trinkwasser)
