Das Projekt HaSiMem untersucht die Aufbereitung von Haldensickerwässern, welche aus Halden der Salzindustrie anfallen. Ziel ist es, aus diesen Wässern sowohl Trink- oder Prozesswasser als auch Salz zu gewinnen, welches entweder verkauft oder unter Tage eingelagert werden kann. So soll die Salzlast, welche aktuell umliegenden Gewässern zur Entsorgung zugeführt wird, verringert werden. Das Projekt beschäftigt sich mit der Verfahrenskombination aus Vakuum-Membrandestillation (VMD) und Kristallisation.
Kommerziell erhältliche VMD-Aufbauten eignen sich bereits für niedrig konzentrierte Salzlösungen, bei Annäherung an die Sättigungsgrenze neigen diese allerdings, wie viele ähnlich gelagerte Membranprozesse, zum Aufbau einer Salzschicht an der Membrangrenzfläche (Scaling), was zum Einbruch der Permeatleistung führt. Häufig müssen diese Scalingschichten durch Spülschritte entfernt werden, und nicht immer lässt sich hier die ursprüngliche Membranleistung wieder herstellen.
Keramische Membranen, die vom Fraunhofer IKTS in diesem Projekt entwickelt wurden, zeigten sich signifikant stabiler gegenüber Scaling. Dies geht auf zwei Eigenschaften dieser Membranen zurück. Das keramische Grundmaterial wurde mit einer Schicht aus Fluoralkylsilanen beschichtet, welche die Membranoberfläche besser hydrophobiert als bei üblicherweise eingesetzten Polymermembranen. Alternativ wurden auch erfolgreich PFAS freie Rezepturen eingesetzt. Hierdurch wird diese Oberfläche deutlich weniger attraktiv für Kristallwachstum. Zusätzlich konnte in Laborversuchen beobachtet werden, dass selbst sich im Membranmodul befindliche Kristallite nicht an der Oberfläche haften und sich Großteils abspülen lassen, ohne sie auflösen zu müssen. Zusätzlich erlaubt die Geometrie und die mechanische Festigkeit keramischer Membranen ausreichend hohe Überströmungsgeschwindigkeiten, um Polarisationseffekte zu minimieren.
In Versuchen mit synthetischen Haldensickerwässern zeigten diese Membranen hohe Permeatflüsse von bis zu 40 kg/m²h und gute Rückhalte auch bei Verwendung hochsaliner Gemische. Bei Stabilitätstests in chemisch aggressiver Umgebung (hohe und geringe pH-Werte) und bei Membranversuchen mit abrasiven Inhaltsstoffen bewiesen die Membranen ihre gute Stabilität. Auch in Langzeitversuchen über 96 Stunden zeigten diese Membranen stabile Permeatflüsse, sodass gegen Ende der Projektlaufzeit eine Maßstabsvergrößerung auf längere 7- und 19-Kanal-Rohre und Versuche mit realen Haldensickerwässern erfolgten.
Hierfür fertigte das Fraunhofer IKTS beschichtete keramische Membranen mit unterschiedlicher Geometrie (7- und 19-Kanalrohre) mit einer Länge von 1,2 m (siehe Abbildung 1). Diese wurde anschließend mit bis zur NaCl-Sättigung vorkonzentriertem Haldensickerwassers aus dem Stapelbecken Bischofferode betrieben. Der Betrieb bestätigte, dass eine stabile Fahrweise auch mit realem Haldensickerwasser und den größeren Membranen möglich ist. Derzeit erfolgt die detaillierte Auswertung der Versuchsdaten, um weitere Optimierungspotenziale zu identifizieren.
Die Ergebnisse wurden am 05.-06. Februar 2025 auf der Tagung der Deutschen Gesellschaft für Membrantechnik präsentiert
