Auswirkungen von Pulveraktivkohle auf die Nanofiltration von Kläranlagenablauf

Meier, Johannes Georg; Melin, Thomas

doi:29036

Auswirkungen von Pulveraktivkohle auf die Nanofiltration von Kläranlagenablauf = Effect of powdered activated carbon on the nanofiltration of sewage plant effluent

Meier, Johannes Georg (Author)

2008

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Johannes Georg Meier

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2008

Umfang187 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2008

Zusammenfassung in dt. und engl. Sprache

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Melin, Thomas (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2008-06-09

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-25562
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/50398/files/Meier_Johannes.pdf

Einrichtungen

Lehrstuhl für Chemische Verfahrenstechnik und Institut für Verfahrenstechnik (416110)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Membranverfahren (Genormte SW) ; Nanofiltration (Genormte SW) ; Aktivkohle (Genormte SW) ; Abwasserreinigung (Genormte SW) ; Wasseraufbereitung (Genormte SW) ; Abrasiver Verschleiß (Genormte SW) ; Ingenieurwissenschaften (frei) ; Deckschichtbildung (frei) ; membrane process (frei) ; powdered activated carbon (frei) ; nanofiltration (frei) ; abrasion (frei) ; fouling (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Verfahrenskombinationen aus Pulveraktivkohleadsorption und nachgeschaltetem Membranverfahren werden zur Zeit für die unterschiedlichsten Aufgaben der Wasserbehandlung untersucht und auch schon in technischem Maßstab eingesetzt. Da die Pulveraktivkohle vor dem Membranverfahren für gewöhnlich nicht abgetrennt wird, ist es vorstellbar, dass die Pulveraktivkohlepartikel neben ihrer adsorbierenden Wirkung auch auf Grund ihrer Eigenschaften als geometrische Körper auf den Membranprozess und damit auf das Gesamtverfahren wirken. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde diese mechanische Wirkung von Pulveraktivkohle auf im Cross-flow betriebene Membranverfahren am Beispiel der Aufbereitung von Kläranlagenablauf mit Pulveraktivkohle und Nanofiltration untersucht. Die angestellten theoretischen Überlegungen sowie die durchgeführten Labor- und Pilotversuche zeigen unterschiedliche Phänomene für Cross-flow-Strömungen mit niedriger Scherrate und solche mit hoher Scherrate. Unterhalb von 2.000 s-1 kommt es auf Grund von mit der Scherrate abnehmenden Rücktransportmechanismen zu einer verstärkten Ablagerung von Partikeln auf der Membran. Die sich bildende Partikeldeckschicht behindert den Rücktransport von gelösten und von der Membran zurückgehaltenen Substanzen, was zu einer Abnahme von Rückhalt und Permeatfluss führt. Bei Scherraten oberhalb von ca. 18.000 s-1 kommt es zu einer Beschädigung der Membran durch Abrasion. Die abrasive Beschädigung nimmt exponentiell mit der Scherrate und linear mit der Entfernung vom Membrananfang zu und scheint durch die Partikelfraktion mit kleinem Durchmesser verursacht zu werden.

Process combinations of powdered activated carbon adsorption and succeeding membrane process are currently under investigation for several different water treatment applications and a few full-scale applications of this kind of process already exist. Since the powdered activated carbon is usually not separated in front of the membrane process it is possible, that powdered activated carbon particles have a “mechanical” influence on the performance of the membrane, i.e. they influence the membrane process not by adsorption of solutes but by their properties as geometric bodies. This mechanical influence of powdered activated carbon particles on cross-flow membrane processes is investigated in the present thesis by the example of treatment of sewage plant effluent by powdered activated carbon adsorption and nanofiltration. Theoretical considerations, laboratory experiments and pilot plant operation show different phenomena for cross-flow at low and high shear rates. Below 2.000 s-1 an increasing deposition of particles on the membrane surface is observed due to a decreasing back-transport of particles into the bulk flow. The formation of a particle layer leads to a hindered back transport of solutes rejected by the membrane which in turn leads to a decrease of rejection for these solutes and a decrease of permeate flux due to a higher osmotic pressure. At shear rates above 18.000 s-1 an abrasive destruction of the membrane is observed. Lab scale experiments and a developed theoretical model suggest, that it is the fraction of smallest particles which is responsible for this phenomenon. Abrasion seems to increase exponentially with shear rate and linearly with distance from the starting point of the membrane cross-flow.

Fulltext:
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