Trinkwasserbereitstellung durch Membranfiltration für kleine Menschenansammlungen in Katastrophenfällen

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1 Trinkwasserbereitstellung durch Membranfiltration für kleine Menschenansammlungen in Katastrophenfällen Rotary International Arbeitstagung Initiativgruppe Wasser Univ.-Prof. Dr.-Ing. Franz-Bernd Frechen, Kassel Obmann des DWA-Fachausschusses KA-7 Membranbelebungsanlagen Vice-Chair, IWA Specialist Group Membrane Technology Chair, CEN CEN/WS/34 Submerged Membrane Bioreactor (MBR) Technology T_Rotary_ _P - 1

2 Worum geht es bei der Membrantechnik? Oft besteht die Aufgabe, feinste Partikel aus Wässern zu entnehmen Dies kann vorteilhaft durch eine mechanische Barriere in Form einer Membran erfolgen Je kleiner die Löcher in der Membran, desto besser der Feststoff-Rückhalt, desto günstiger die Wasserqualität des Filtrats, aber desto höher auch der notwendige Betriebsdruck T_Rotary_ _P - 2

3 Membrantechnik Basics Viruses Bacteria Salt Cryptosporidia Red blood cells MWCO approx daltons pressure [bar] reverse osmosis ultrafiltration nanofiltration microfiltration filtration size of particles/molecules [µm] DIN filtration with 0.45 µm T_Rotary_ _P - 3

4 Membrantechnik Basics Membran T_Rotary_ _P - 4

5 Getauchte Membran Plattenmodule Martin Systems Kubota Kubota Busse T_Rotary_ _P - 5 Huber

6 Getauchte Membran Hohlfasermodule Getauchte Module - Hohlfaser Hohlfasermodul Zenon Hohlfasermodul Koch Hohlfasermodul USFilters T_Rotary_ _P - 6 Hohlfasermodul Mitsubishi Rayon

7 Beispiel Trinkwasseraufbereitung Wasserwerk Roetgen/Aachen Porenweite: 20 Nano Membranfläche: m 2 Wassermenge: m 3 /d (Maximalleistung) Nr.1 in D Nr. 5 weltweit T_Rotary_ _P - 7

8 Trinkwasser in Katastrophenfällen Nach Naturkatastrophen steht häufig kein hygienisch unbedenkliches Trinkwasser zur Verfügung Dann ist der Einsatz mobiler Wasserwerke notwendig Anschwemmfilter Membraneinheiten Mikrofiltration (MF) Ultrafiltration (UF) Umkehrosmose reverse osmosis (RO) UV-Desinfektion Chlorung T_Rotary_ _P - 8

9 Mobiles Wasserwerk Mobile Trinkwasserwerke für Not- und Katastrophenfälle benötigen Energie/Diesel Chemikalien Geschultes Personal Beispiel: Vorfilter + UF + RO bis zu 4,5 m 3 /h T_Rotary_ _P - 9

10 Die Herausforderung Bei Katastrophen werden mobile Wasserwerke dort eingesetzt, wo viele betroffene Personen zu finden sind Aber Bewohner kleiner Dörfer (z.b. <1.000 E) müssen ihr Trinkwasser von den mobilen Wasserwerke holen Das geht nur, wenn diese nicht zu weit entfernt und noch erreichbar sind das ist aber nicht immer der Fall daher ist zusätzliche Hilfe nötig! Am der Universität Kassel haben wir daher mit Unterstützung der DBU einen Prototyp einer einfachen Membraneinheit entwickelt, die kleine Menschenansammlungen versorgen kann T_Rotary_ _P - 10

11 Notfallszenario und Lösungsansatz Keine Nutzung der elektrische Gravimetrie Energie Absetzen aus der Transportprobleme transportation Luft & tragbar overland not possible Notfallszenario Lösungsansatz Keine Membranfiltration Chemikalien betriebsfertig Zeitdruck gelagert Selbsthilfe Kein ist Fachpersonal möglich Beschreibung Selbsthilfe über Piktogramme T_Rotary_ _P - 11

12 Notfallszenario und Lösungsansatz Keine elektrische Energie Transportprobleme transportation overland not possible Notfallszenario Lösungsansatz Keine Chemikalien Zeitdruck Kein Fachpersonal Selbsthilfe T_Rotary_ _P - 12

13 Getestete Membrantypen T_Rotary_ _P - 13

14 Flux Tests T_Rotary_ _P - 14

15 Ergebnisse Kapillar- u. Flachmembranen getestet, Porenweite 100 nm Hygienische Parameter E.Coli, Coliforme, Fäkalstreptokokken 0 in 100 ml Hydraulische Leistungsfähigkeit keine chemische Reinigung nötig Flux: 3 Tage lang über 30 L/(m 2 *h) stabilisiert sich bei 10 L/(m 2 *h) für Wochen bei 11 m 2 Membranfläche und 24 h Dauerbetrieb und etwa 5 Liter pro Mensch und Tag: ausreichend für mind Menschen bis 3 Tage ausreichend für mind. 500 Menschen für Wochen T_Rotary_ _P - 15

16 Die Lösung Prototyp Keine beweglichen Teile, keine Energie, keine Chemikalien nötig, von jedem betreibbar T_Rotary_ _P - 16

17 Die Lösung Prototyp Keine beweglichen Teile, keine Energie, keine Chemikalien nötig, von jedem betreibbar T_Rotary_ _P - 17

18 Die Lösung Prototyp Keine beweglichen Teile, keine Energie, keine Chemikalien nötig, von jedem betreibbar auch von Analphabeten T_Rotary_ _P - 18

19 Wie weiter? Welche Kosten? Weiterentwicklung vom Prototyp zum einsatzfähigen Modul im Rahmen eines ca. 1½ -jährigen Forschungsprojektes, Kosten geschätzt ca incl. Herstellung des Spritzwerkzeuges (ca ), mit dem dann mind Einheiten gespritzt werden können Danach kann die Produktion mit Hilfe des o.a. Werkzeuges gefertigt werden. Kosten ca. 700 /Stück; Annahme: das Spritzwerkzeug wurde im Rahmen des o.a. FuE-Projektes erstellt und kann weiter genutzt werden (Förderung von 50% durch die DBU?) T_Rotary_ _P - 19

20 Wie weiter? Welche Kosten? Kosten in T Grundkosten 250 T GK (250 T Förderung DBU) Stückzahl Kosten/ Stück in Stückzahl 500 T Grundkosten 250 T GK (250 T Förderung DBU) T_Rotary_ _P - 20

21 Die Folien dieses Vortrages werden in Kürze auf zum Download bereitstehen T_Rotary_ _P - 21