Im Rahmen des SULFAMOS-Projekts wird ein Verfahren zur Sulfatanreicherung mittels Vorwärtsosmose und Hohlfasertauchmodulen entwickelt. Nach dem Osmoseprinzip wird Sulfat in Wässern angereichert und im Anschluss mit einer chemischen Fällung als Gips (Calciumsulfat) abgeschieden. Der Gips wird abgezogen, gegebenenfalls gereinigt und getrocknet. Er ist dann als Rohstoff in der Baustoffindustrie verwertbar und somit ein nachhaltiger Ersatz für den bisher in der Rauchgaswäsche von Braunkohlekraftwerken anfallenden Gips.
Für die Vorwärtsosmose werden Hohlfasermembranen mit neuartiger Beschichtung verwendet, die der zu behandelnden Lösung Wasser entziehen und deren Inhaltsstoffe aufkonzentrieren. Um ein Verblocken der Membranen während der Filtration zu vermeiden, sollen Tauchmodule eingesetzt werden. Dabei liegt die zu behandelnde Lösung außen an, während die Zuglösung durch das Membraninnere geführt wird.
Am Fraunhofer IGB wurde dazu ein Prozess entwickelt, mit dem Mikrofiltrationshohlfasermembranen außen beschichtet werden können. Die Membranen werden zuerst mit einer wässrigen Amin-Lösung benetzt und anschließend mit einer Säurechlorid-Lösung in Kontakt gebracht. Dabei entsteht über Grenzflächenpolymerisation eine sehr dünne Polyamid-Schicht (s. Abbildung). Durch eine Optimierung der Prozessparameter zeigen die Membranen mittlerweile einen hohen Sulfat-Rückhalt von >90% und sind für die Vorwärtsosmose geeignet. Der Prozess ist so ausgelegt, dass er im nächsten Schritt in einen kontinuierlichen Rolle-zu-Rolle Prozess übertragen werden soll.
Im Technikum der fluvicon Industries GmbH wurde ein Versuchsstand für die Testung der Versuchsmembranen aufgebaut. Untersuchungen des Fällungsregimes zeigten, dass die vorwärtsosmotische Aufkonzentrierung bis zur Fällung des Sulfats sehr gut funktioniert, wobei bereits geringe Konzentrationen der Zuglösung ausreichten.
Durch die HTW Dresden sind Batch- und Langzeittests zur Untersuchung des Scalings und Reinigungsverhaltens an Membranmustern vorgesehen, anhand derer die Haltbarkeit der Membranen bewertet wird. Weiterhin werden die Strömungsverhältnisse am Hohlfaser-Membranmodul numerisch in einem 3D-Modell simuliert. Damit soll die Planung einer Versuchsanlage mit größtmöglicher Effizienz und geringstmöglichem Energiebedarf möglich werden.
Bildunterschriften:
Abbildung 1: REM-Aufnahme der Polyamid-Schicht, die auf der Außenseite der Hohlfasermembran aufgebracht wurde (Quelle: Fraunhofer IGB)
Abbildung 2: Testmodul zur Untersuchung des Sulfatrückhaltes der beschichteten Hohlfasermembranen (Quelle: Fraunhofer IGB)
