WavE Netzwerktreffen

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1 WavE Netzwerktreffen

2 Nachhaltige Wasserwiederverwendung und Entsalzung sind die Antwort. 1

3 Was heißt problematisch? Temperaturen (> 40 C) Salinität (TDS > ppm) Ölgehalt ( mg/l: frei, dispergiert, emulgiert) Suspendierte Feststoffe (> mg/l TSS) Trübung (> NTU) Extreme chemische Umgebung (ph 2-13) Anwendungen: - Öl & Gas - Keramische Industrie - Metall und Stahl - Lebensmittel - Chemie - Bergbau - Papier - Fischzucht 2

4 Contaminants can be separated into organic and inorganic. organics polymers CFU humic substances AOX organic acids TOC surfactants oil hydrocarbons COD BTX microorganisms DOC BOD solids TDS fat & Cu TSS grease sand Cd algae phosphorus fibres silica nitrogen Zn Cr inorganics hardness ph temperature viscosity Ni 3

5 Entwicklung und Erprobung von integrierten Verfahren zur Wasseraufbereitung für eine effiziente Wasserwiederverwendung und Wasserkreislaufführung mit beispielgebendem Charakter für die O&G- bzw. Keramikindustrie sowie hohem Übertragbarkeitspotenzial für weitere Industriezweige. Flotation-MF Keramische NF Elektromembranverfahren +Oxidation Verdampfung Abwasser 4 Messtechnik Wiederverwendung Analytik Wiederverwendung

6 Challenges for the O&G industry: Increasing amounts of water & stricter regulations Low oil price mature oil fields (70%) on the edge of profitability 5 Source: GWI

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9 Das Abwasser aus der keramischen Produktion enthält einerseits feste anorganische Partikel der verarbeiteten keramischen Rohstoffe wie Beispielsweise Al2O3, SiO2 oder TiO2 sowie die organischen Inhaltsstoffe welche bei der Verarbeitung der keramischen Massen eingesetzt werden. Des Weiteren werden fluoreszierende organische Verbindungen im Rahmen der Qualitätssicherung zur Prüfung von Bauteilen eingesetzt. Problem: Steigende Wassermenge, Salz- und Organikfracht 8

10 Ab-/Prozesswasser MF Flotation +MF im Fall von produced water Schaum zur Entsorgung Diluat wird zurück geführt Permeat zur Wiederverwendung bzw. ED+ Totaloxidation NF Retentat mit hohem Konzentrationsfaktor ED Konzentrat zur Entsorgung/ Eindampfung Recycling bzw. Totaloxidation + in-line-monitoring von Nano- und Mikropartikeln

11 Retention [%] Feed Retentate 50 nm Permeate 100 nm Cut-Off 450 g/mol Molecular weight [g/mol] 0.9 0,9 nm TiO2 2 NF-Membran membrane 5 nm TiO2 2 UF membrane Membran

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13 Sulfat kann nur sehr schwierig selektiv abgetrennt werden Membranelektrolyse zur Abtrennung von Sulfat, Eisen, Mangan, Uran, Thorium - (RODOSAN -Verfahren) Produkte Kathodenseite: -aufbereitetes Wasser -Wasserstoff CO 2 SO Produkte Anodenseite: -H 2 SO 4 -(NH 4 ) 2 SO 4 -(NH 4 ) 2 S 2 O 8 Saures Wasser Anolyt

14 Nr. Name Kurz Anschrift Ansprechpartner 1 akvola Technologies GmbH AKV Fasanenstr. 1, Berlin Dr. Matan Beery 2 Fraunhofer Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS Michael-Faraday-Straße 1, Hermsdorf Dr. Marcus Weyd 3 DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH DBI Karl-Heine-Straße 109/111 D Leipzig Udo Lubenau 4 SOPAT GmbH SPT Boyenstraße 41, Berlin Dr. Sebastian Maaß 5 Andreas Junghans - Anlagenbau und Edelstahlbearbeitung GmbH & Co. KG JH 6 Rauschert Kloster Veilsdorf GmbH RKV Chemnitzer Straße Frankenberg Industriestraße 1 D Veilsdorf Ivo Rochner Volker Prehn (assoziierter Partner) 7 LUM GmbH LUM Justus-von Liebig-Str Berlin Prof. Dr. Dietmar Lerche 8 DURAVIT Sanitärporzellan Meißen GmbH DV Ziegelstr. 3 D Meißen Rainer Schindler 13

15 Fraunhofer IKTS Der Institutsteil Hermsdorf des Fraunhofer IKTS hat seit mehr als 20 Jahren Erfahrung in der Entwicklung, Herstellung und Anwendung keramischer Membranen. So wurde hier die weltweit erste und bis heute einzigartige keramische Nanofiltrationsmembran entwickelt. Diese und weitere keramische Membranen für die Flüssigfiltration werden jetzt von der Fa. Inopor/Rauschert industriell hergestellt und weltweit eingesetzt,. In der Zwischenzeit gelang die Absenkung der Trenngrenze auf 200 g/mol und die Entwicklung hydrophober Membranen sowie die NF-Membranpräparation auf Membranelemente mit einer spezifischen Oberfläche von 1,3 m². Die Erfahrungen erstrecken sich außerdem zur Planung, Errichtung und dem Betrieb technischer Elektrolysepilotanlagen. Neben den bereits genannten Aktivitäten zur elektrochemischen Totaloxidation und zur Elektrodialyse liegen weitere Arbeitsschwerpunkte bei der elektrochemischen Sulfatabtrennung aus Bergbauwässern mit gleichzeitiger Konversion des Sulfats in verwertbare Produkte (RODOSAN - Verfahren) sowie bei der elektrochemischen Konditionierung von geothermalen Tiefenwässern (Radionuklid- und Schwermetallabtrennung). Rauschert Kloster Veilsdorf (RKV) GmbH Am Standort Veilsdorf wird seit 1760 Keramik hergestellt. Heute werden bei RKV neben einigen Pressartikeln für spezielle Nischenmärkte hauptsächlich keramische Maschinenbauteile aus dichten Aluminiumwerkstoffen, Keramikwaben für Rekuperator-Anwendungen, Trägerwaben für Katalysatorbeschichtung und Spezialkatalysatoren sowie in stetig steigendem Anteil Filtrationsmembranen produziert. Die keramischen Filtrationsmembranen werden über das Tochterunternehmen, die inopor GmbH, weltweit vertrieben. Junghans Die Firma Andreas Junghans Anlagenbau und Edelstahlbearbeitung wurde 1980 gegründet und verfügt über mehrjährige Erfahrungen im Bereich des Anlagenbau. Seit mehr als 15 Jahren ist Junghans im Bereich der Filtrationstechnik mit keramischen Membran aktiv. In dieser Zeit konnten IKTS eine Vielzahl von Anlagen für unterschiedlichste Trennaufgaben (z.b. CSB-Absenkung, Ethanol-Entwässerung, Gastrennung etc.)

16 DBI-GUT Die DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH ist eine der sehr wenigen konzernunabhängigen Forschungseinrichtungen in Deutschland, die sich mit der Förderung von Erdgas und Erdöl beschäftigten. Das DBI ist eine hundertprozentige Tochter des DVGW e.v., der für Normung und Sicherheit im Gasund Wasserfach in Deutschland zuständig ist. Das DBI für alle in Deutschland tätigen Unternehmen des E&P-Sektors tätig (Wintershall, RWE DEA, EMPG, GdF, VNG), was gute Ansätze für den Verwertungsprozess ermöglicht. Zu einem Schwerpunkt der Forschungstätigkeit hat sich die Membrantechnik entwickelt. Im beantragten Projekt wird das DBI die Membranen mit realen Wässern im Labor testen und die Pilotanlage bei Versuchen vor Ort, konkret bei der Fa. Wintershall betreuen. Das Labor besitzt die für das Projekt notwendigen Möglichkeiten der Wasseranalytik zum Nachweis der Prozesswirksamkeit. DURAVIT Duravit ist ein traditionsreiches Unternehmen und produziert an 12 Standorten weltweit Sanitärkeramik, Badmöbel, Accessoires, Wannen und Wellnessprodukte. Am Standort in Meißen werden Sanitärkeramiken gefertigt. Bedingt durch die technischen Anforderungen der Herstellungsverfahren werden stets intensive Entwicklungsarbeiten insbesondere mit dem Fokus auf den Wasser-, Rohstoff- und Energieverbrauch betrieben. Nachhaltigkeit ist erklärtes Ziel bei Duravit. SOPAT Die SOPAT GmbH ist Systemspezialist zur Vermessung von Partikeln in chemischen Prozessen. Das entwickelte SOPAT-System (Smart On-line Particle Analysis Technology) ist eine photo-optische Messtechnik kombiniert mit einer innovativen Bildverarbeitungs-Software. Diese analysiert in Echtzeit Größe, Farbe, Form und Konzentration von festen oder fluiden Partikeln in Gasen und Flüssigkeiten und das direkt im Prozess, so dass erstmals eine Prozesssteuerung auf Basis der Partikelgröße möglich ist. Mit Expertenwissen in den Bereichen Optik, Software-Engineering, Materialwissenschaften und Verfahrenstechnik liefert SOPAT ein schlagkräftiges Team um technologische Herausforderungen zu meistern. LUM L.U.M. zählt zu den weltweit führenden Herstellern von Geräten zur direkten und beschleunigten Stabilitätsanalytik und Partikelcharakterisierung von Dispersionen. Im Rahmen dieses Projektes sind das technische und wissenschaftliche Know-how zur In-situ Visualizierung von Separationsvorgängen mit hoher zeitlicher und örtlicher Auflösung von besonderer Bedeutung. Vor allem können Dispersionen von Mikro- und Nanoteilchen als auch die Struktur (z.b. örtliche Packungsdichte) von absolut undurchsichtigen Sedimenten und Filterkuchen quantifiziert werden. + Wintershall (kein offizieller Partner)

17 Membrananpassung Membranhersteller Verfahrensentwickler Entwicklung Sensorik Anlagenbauer Industrielle Anwender IKTS RKV AKV DBI-GUT IKTS SPT LUM JH DV RKV WH

18 Arbeitspakete Projekt PAkmem 3. QT 4. QT 1. QT 2. QT 3. QT 4. QT 1. QT 2. QT 3. QT 4. QT 1. QT 2. QT AP J A S O N D J F M A M J J A S O N D J F M A M J J A S O N D J F M A M J Management 0.1 Projektkoordination AKV, IKTS 0.2 Informationsmanagement AKV, IKTS 1 Prozessanalyse / Präzisierung der Varianz von Stoffströmen und Qualitätskriterien / Erstellung Lastenhefte 1.1 Prozesswässer der Erdöl/Erdgasindustrie DBI Bilanzierung von Stoff- und Volumenströmen DBI, IKTS Analyse der zu behandelnden Prozesswässer DBI, IKTS, LUM, SPT Festlegung von Qualitätsstandards für die zu erzeugende Wasserqualität DBI, LUM, SPT Erstellung Lastenheft - Präzisierung der Mengen- + Qualitätsanforderungen DBI, LUM, SPT 1.2 Wässer der Keramikindustrie IKTS Bilanzierung von Stoff- und Volumenströmen DV, RKV, IKTS Analyse der zu behandelnden Prozesswässer DV, RKV, IKTS, LUM, SPT Festlegung von Qualitätsstandards für die zu erzeugende Wasserqualität DV, RKV, LUM Erstellung Lastenheft - Präzisierung der Mengen- + Qualitätsanforderungen DV, RKV, LUM 2 Voruntersuchungen und Membranfertigung IKTS 2.1 Vorauswahl geeigneter Membranen bezüglich Porengröße und Cut-Off IKTS 2.2 Vorauswahl geeigneter Membranen bezüglich Oberflächeneigenschaften IKTS 2.3 Vorauswahl Membranen für ED IKTS 2.4 Membransynthese auf Trägern unterschiedlicher Rohrgeometrie RKV, IKTS 2.5 Membransynthese auf Flachmembrangeometrie IKTS 2.6 Anpassung vorhandener Versuchsanlagen entsprechend der Vorauswahl RKV, DBI, IKTS 2.7 Erarbeitung Monitoringprozess LUM, SPT, IKTS 2.8 Auswahl + Festlegung Produktrouten für die weitergehende Entsalzung/ED IKTS 3 Technikumsversuche 3.1 Technikumsversuche zur Prozesswasserbehandlung Erdöl-/Erdgasindustrie DBI Variation Membrangeometrie DBI, IKTS Variation Flotation-Filtrationsprozess AKV Variation von Prozessparametern DBI, AKV, IKTS, LUM Systematische Versuche zur Membranrückspülung und Membranreinigung DBI, AKV, IKTS Untersuchung von Behandlungsstrategien für konz. Lösungen IKTS Ermittlung Prozessparameter ED IKTS Auswahl der Produkte IKTS Prozesskombinationen zur Feedvorbehandlung und Retentataufbereitung DBI, AKV, IKTS Begleitendes Monitoring LUM, SPT, IKTS 3.2 Technikumsversuche zur Wasserbehandlung Keramikindustrie IKTS Variation Membrangeometrie RKV, DV, IKTS Variation von Prozessparametern RKV, DV, IKTS, LUM Systematische Versuche zur Membranrückspülung und Membranreinigung RKV, DV, IKTS, LUM Untersuchung von Behandlungsstrategien für konz. Lösungen IKTS Ermittlung Prozessparameter ED IKTS Auswahl der Produkte IKTS Totaloxadition IKTS Prozesskombinationen zur Feedvorbehandlung und Retentataufbereitung RKV, DV, IKTS Begleitendes Monitoring LUM, SPT, IKTS 4 Feldversuche 4.1 Feldversuche zur Prozesswasserbehandlung Erdöl-/Erdgasind. DBI Anpassung Versuchsanl. für Einbindung Erdöl-/Erdgasindustrie DBI, AKV Filtrationsversuche mit realem Prozesswassern bei Produktionsbedingungen DBI, AKV Filtrationsversuche - Testung der ausgewählten Membranmuster DBI, IKTS Test elektrochemische Behandlungsstufe IKTS Festlegung von Betriebsregime für den kontinuierlichen Betrieb DBI, AKV Begleitendes Monitoring LUM, SPT, IKTS 4.2 Feldversuche zur Wasserbehandlung Keramikindustrie RKV Anpassung der Versuchsanl für Einbindung in Wasserbeh. Keramikindustrie RKV, DV, IKTS Filtrationsversuche mit realem Prozesswassern bei Produktionsbedingungen RKV, DV, IKTS Filtrationsversuche - Testung der ausgewählten Membranmuster RKV, DV, IKTS Test elektrochemische Behandlungsstufe IKTS Festlegung von Betriebsregime für den kontinuierlichen Betrieb RKV, IKTS Begleitendes Monitoring LUM, SPT, IKTS 5 Dimensionierung, Aufbau und Implementierung Pilotanlagen JH 5.1 Auslegung Pilotanlagen JH, DBI, IKTS, AKV 5.2 Planung und Fertigung der Pilotanlagen JH, DBI, AKV 5.3 Einbindung Monitoring LUM, SPT, JH 5.4 Synthese Membranen RKV, IKTS 5.5 Integration der Versuchsanlagen in bestehende Wasserkreisläufe RKV, DV, DBI, JH, IKTS, AKV 6 Betrieb Pilotanlagen IKTS 6.1 Ermittlung eines optimalen Betriebspunktes IKTS, RKV, DBI, AKV, JH 6.2 kontinuierlicher Versuchsbetrieb der Pilotanlagen IKTS, RKV, DBI, AKV, JH, DV 6.3 Analytische Bewertung LUM, SPT, IKTS 6.4 Konzentratbehandlung IKTS 6.5 Optimierung IKTS, RKV, DBI, AKV, JH, LUM 17

19 AP0: Projektmanagement und Koordination Verteilung von Ergebnissen und Informationen, Optimierung der konsortiuminternen Organisation. Organisation von Treffen und Telefonkonferenzen. Koordination der Berichterfassung. AP1: Prozessanalyse / Präzisierung der Varianz von Stoffströmen und Qualitätskriterien / Erstellung Lastenhefte Das AP dient dazu einen Überblick über alle Prozesse der beteiligten Partner zu erarbeiten, anhand dessen die Stoffströme beschrieben und bilanziert werden können. Ziel ist es, für alle Partner Aussagen zu Menge und Zusammensetzungen von Wässern zu liefern, insbesondere dem IKTS zur Membransynthese und den Partner aktiv in den Trennversuchen eine detaillierte Planung der Versuchsanordnungen zu ermöglichen. 18

20 AP2: Voruntersuchungen und Membrananfertigung Ziel dieses Arbeitspaketes ist es geeignete Membranen und Membrangeometrien für die Trennversuche durch Membranfiltration zu finden. Dies betrifft schwerpunktmäßig keramische Membranen für die Nanofiltration als auch die Auswahl von Flachmembranen für die Vorbehandlung durch Flotation+Mikrofiltration als auch die Elektrodialyse. Die ausgewählten keramischen Membranen werden anschließend synthetisiert, um in den Technikumsversuchen eingesetzt zu werden. AP3: Technikumsversuche Ziel der Technikumsversuche ist es geeignete Verfahrensbedingungen für die gewählten Membranen und Technologien zu finden. Dies ist die Grundlage für die Versuche beim Anwender vor Ort. AP4: Feldversuche Erprobung der Membranverfahren am Ort des Wasseranfalls mit kleineren mobilen Anlagen, die an die Standorte angepasst wurden. Die Ergebnisse sind Grundlage für die Auslegung der Pilotanlagen. 19

21 AP5: Dimensionierung, Aufbau und Implementierung Pilotanlagen Mit dem Wissen, das in den Feldversuchen generiert wurde, sollen nun in Zusammenarbeit mit den verschiedenen Partnern und aufbauend auf den Ergebnissen der Technikumsversuche Pilotanlagen für die Erdölindustrie (DBI) und Keramikindustrie ausgelegt werden. AP6: Betrieb Pilotanlagen Betrieb der Pilotanlagen bei Praxisbedingungen vor Ort über einen längeren Zeitraum, Auswertung der Ergebnisse und weitere Optimierung der Prozesse. Einsatz der gereinigten Wässer in den avisierten Anwendungen. AP7: Verwertung Die gesamte Technologiekette wird abschließend bewertet und eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung durchgeführt, um das Potential der entwickelten Anlagen bzw. Verfahren zu quantifizieren. 20

22 Die Weiterentwicklung und Anpassung weltweit einmaliger keramischer NF-Membranen Die Prozessentwicklung und -erprobung mit diesen Membranen zur effizienten Aufbereitung organik- und salzhaltiger Abwässer. Die Entwicklung und Erprobung von Elektromembranverfahren zur Retentataufbereitung und Salzrückgewinnung Die Entwicklung und Erprobung eines kombinierten Flotations/Mikrofiltrationsverfahrens zur Vorbehandlung von Abwässer der Erdöl-/Erdgasindustrie Die Erprobung der nachgeschalteten Verfahren Totaloxidation und Eindampfung Die Entwicklung, die Erprobung und die Einbindung neuartiger Messtechnik zwecks Realisierung eines neuartigen in-line-monitorings Pilottests an realen Abwässern der Keramik- bzw. Öl- & Gasindustrie Die Verwertung! 21

23 Hard-to-treat Industrieabwasser mit Potenzial zur Kreislausschließung Öl- und Gasindustrie Petrochemie Stahlherstellung Papierindustrie Keramikindustrie Lebensmittelindustrie Metallverarbeitung 22

24 DANKE!!! Flotation-MF Keramische NF Elektromembranverfahren +Oxidation Verdampfung Abwasser 23 Messtechnik Wiederverwendung Analytik Wiederverwendung