BIO-CEL - MCP Mechanical Cleaning Process Mechanische Membranreinigung
BIO-CEL Getauchte MBR-Module Durch den Einsatz des derzeit modernsten Abwasserbehandlungsverfahrens, dem Membran Bio Reaktor-Verfahren (MBR), in der kommunalen und industriellen Abwasserbehandlung, ergeben sich gegenüber den konventionellen biologischen Abwasserbehandlungsverfahren wesentliche Vorteile. Die getauchten BIO-CEL Membranmodule ersetzen die flächenintensiven Nachklärbecken, gewährleisten somit einen minimalen Platzbedarf, und trennen das gereinigte Abwasser zu jeder Zeit sicher und vollständig von der Biomasse. Hierdurch wird eine extrem hohe Ablaufqualität erreicht, welche die hygienischen Anforderungen gemäß EU Badegewässerrichtlinie und California Title 22 problemlos erfüllt. Zudem kann die Biomassekonzentration deutlich erhöht werden, was das erforderliche Belebungsvolumen reduziert. Sogar im Falle einer Beschädigung der Membran kann diese hohe Ablaufqualität gewährleitstet werden. Das Abstandsgewirk, welches für die Herstellung des BIO-CEL Laminats eingesetzt wird, ermöglicht mit Hilfe der im System befindlichen Biomasse den Verschluss der Beschädigung. Bakterien und Feststoffe können so auch nach Auftreten einer Beschädigung durch das Membranmodul zurückgehalten werden. Laborversuche haben gezeigt, dass auch unter ungünstigsten Bedingungen oberflächliche Beschädigungen des Membranlaminats in weniger als zwei Minuten verheilen. Die getauchten BIO-CEL Ultrafiltrationsmembranen werden in einem mehrstufigen Prozess vor Verunreinigungen (sogenanntem Membran-Fouling) geschützt. Neben der prozessintegrierten Luftspülung (Crossflow entlang der Membranen) und den periodischen Rückspülungen/Relaxationsphasen werden zur Reduzierung der Foulingschicht chemische Reinigungen durchgeführt. Die eingesetzten Chemikalien reinigen die Membranfläche effektiv, sodass die ursprüngliche Permeabilität wieder hergestellt und der Prozess somit sicher und stabil betrieben werden kann. Membran Bio Reaktoren (MBR) stehen einerseits für ein modernes, biologisches Abwasserreinigungsverfahren mit exzellenter Ablaufqualität, haben aber andererseits einen recht hohen Energiebedarf. Dieser erhöhte Energiebedarf wird hauptsächlich durch die zusätzliche Belüftung zur Erzeugung eines Crossflows (Überströmung) an der Membran hervorgerufen etwa 50-70 % der Gesamtenergie werden hierbei verbraucht.
Energieoptimierung durch BIO-CEL -MCP (Mechanical Cleaning Process) Zur Reduzierung der Betriebskosten und der damit verbundenen Elimination des erhöhten Energiebedarfs kann das BIO-CEL Membranmodul auch prozessintegriert mechanisch gereinigt werden. Dieses patentierte Verfahren wird als BIO-CEL -MCP 2) (Mechanical Cleaning Process) bezeichnet. Dieses innovative Verfahren reduziert die Deckschichtbildung. Die Abreinigung wird durch die Crossflow-Belüftung und die Reinigungswirkung der inerten, organischen Materialien (MCP- Granulate) unterstützt. Die MCP-Kunststoffgranulate werden direkt dem Belebtschlamm zugegeben. Durch die modulintegrierte Membranbelüftung werden die MCP-Granulate zwischen den Membrantaschen mit der induzierten Strömung aufwärts transportiert. Während des Aufstiegs der MCP-Granulate wird die Membranfläche durch den direkten Kontakt der Granulate und der Membranoberfläche kontinuierlich gereinigt. Die während des Filtrationsprozesses gebildete Deckschicht wird auf diesem Weg zuverlässig entfernt. Außerhalb der Membranmodule befindet sich der Abströmungsbereich, in dem die Granulate mit der Strömung absinken und am Modulfuß wieder in den Aufwärtsstrom eintreten. Die MCP-Granulate sind für den dauerhaften Einsatz dimensioniert und werden durch geeignete Abtrennsysteme in den Becken zurückgehalten, sodass sie im System verbleiben. Diese mechanische Abreinigung der Membran ist nur in Verbindung mit BIO-CEL Modulen möglich, da andere Modulformen nicht die nötigen konstruktiven und hydraulischen Voraussetzungen für eine mechanische Abreinigung erfüllen. Langzeituntersuchungen haben gezeigt, dass dadurch der chemikalienfreie Betrieb möglich ist. Die Effizienz und Verlässlichkeit des MCP-Verfahrens konnte in einem zweijährigen Dauerbetrieb einer Pilotanlage bereits bestätigt werden. Weitere großtechnische Anwendungen sind seit mehreren Jahren erfolgreich im Betrieb. WESENTLICHE VORTEILE DES BIO-CEL -MCP» Durch BIO-CEL -MCP wird die Deckschicht mechanisch abgetragen Signifikante Erhöhung des Flusses» Kosteneffizienter Prozess durch eine Minimierung der installierten Membranfläche und somit deutlich reduziertem Energiebedarf (geringerer Belüftungsbedarf) aufgrund einer Erhöhung des spezifischen Flusses» Dauerhafte Membranintegrität wird gewährleistet - gleichbleibend hohe Ablaufqualität» Keine oder sehr geringe chemische Reinigung nötig - somit ist ein kontinuierlicher Filtrationsprozess möglich 2) Der Mechanische Reinigungsprozess (MCP) für BIO CEL Membran Bioreaktoren wurde gemeinsam von MICRODYN-NADIR (S. Krause), der TU Darmstadt (Peter Cornel) und der Hochschule Osnabrück (Frank P. Helmus und Sandra Rosenberger) entwickelt.
140% 120% 100% 80% Permeabilität (%) 60% 40% 20% MCP (Straße #2) Referenz (Straße #1) 0% 0 20 MC Referenz (Straße #1) 40 60 Betriebstage 80 100 KONTINUIERLICHER FILTRATIONSPROZESS Einer der wesentliche Fortschritte durch den Einsatz von BIO-CEL -MCP ist die Reduzierung der Betriebskosten von MBR- Anlagen. 50-70% des gesamten Energiebedarfs eines MBR-Systems wird für die Crossflow-Belüftung benötigt, die unabhängig vom spezifischen Fluss anfällt. Mit dem BIO-CEL -MCP System sind deutlich höhere spezifische Flüsse möglich als in konventionellen Verfahren, was in einer Minimierung des Energiebedarfs resultiert. Zudem sinken die Investitionskosten, da durch den höheren Fluss die erforderliche Membranfläche reduziert wird. Damit verringern sich der Investitionsbedarf (geringere erforderliche Membranfläche) und der Energieverbrauch (Crossflow) des Gesamtsystems erheblich. Da die selbsttragende und flexible Struktur der Membrantasche neben der chemischen Reinigung auch die mechanische Reinigung der Membranoberfläche erlaubt, wird eine permanent hohe Verfügbarkeit der Membrananlage erreicht. Versuchsergebnisse haben gezeigt, dass über einen Zeitraum von zwei Jahren durch den Einsatz von BIO-CEL -MCP keine chemische Membranreinigung erforderlich wurde. Die nachfolgende Tabelle macht die Vorteile des Einsatzes von BIO-CEL -MCP am Beispiel einer Modellkläranlage für 10.000 EW (2.000 m³/d) deutlich. Durch den Einsatz von MCP können die Kosten pro Jahr um knapp 30% reduziert werden. Vergleichswerte BIO-CEL und BIO-CEL -MCP für eine Modellkläranlage mit 10.000 EW BIO-CEL BIO-CEL -MCP Durchschnittliche Flüsse 1) 13,9 l/m²h 16,5 l/m²h Maximaler Fluss 1) 27,8 l/m²h 33,0 l/m²h Benötigte Membranfläche 6.000 m 2 5.000 m² Lebenszeit 8a 8a Jährl. Kosten der Membran (Investitionskosten) 33.750 /a 28.125 /a Energieverbrauch 365.000 kwh/a 280.769 kwh/a Jährl. Energiekosten 2) 36.500 /a 28.077 /a Jährl. Kosten für chemische Reinigung 3) 15.075 /a 0 /a Jährl. Kosten MCP 0 /a 5.863 /a Jährl. Gesamtkosten (inkl. Investition) 85.325 /a 62.065 /a (1) Die angenommenen Flüsse basieren auf der minimal erzielbaren Leistungsverbesserung durch den Einsatz von MCP (2) Gültig bei Energiepreisen von 0,10 Euro pro KWh / (3) Annahme: Keine mechanische Reinigung
BIO-CEL -MCP in großtechnischen Anlagen Ort Größe der Anlage Art des Abwassers Zeitpunkt der Inbetriebnahme Kanada 2 x BC 100 (200m 2 ) I 72m 3 /d Griechenland 3 x BC 100 (300m 2 ) I 120m 3 /d Mexiko 10 x BC 400 in 2 trains I 1.000 m 3 /d Industriell (Lebensmittelindustrie) Kommunal (Einkaufscenter) Industriell (fischverarbeitender Betrieb) 2009 2011 2012 Tschechien 2 x BC 400 I 180 m 3 /d Kommunal 2012 Deutschland 12 x BC 400 in 3 trains I 641m 3 /d Kommunal Mitte 2014 Italien 26 x BC400 in 2 trains I 4200 m 3 /d Kommunal 2014 Seit Ende 2009 befindet sich in Kanada eine MBR-Anlage mit dem MCP-Verfahrenskonzept in einem Betrieb zur Aufbereitung von Abwässern aus der Lebensmittelindustrie im Einsatz. Nach über einem Jahr Betrieb zeigt die Anlage ohne chemische Reinigungen noch immer eine hervorragende Filtrationsleistung. Zwischen Januar und Juni 2011 wurden erfolgreiche Pilotversuche mit MCP in zwei fischverarbeitenden Betrieben in Mexiko durchgeführt. Auch hier konnten die positiven Effekte eines Betriebes mit Granulatzugabe erfolgreich belegt werden. Während der Pilotversuche wurden trotz extrem hoher Abwasserkonzentrationen (CSB > 5000 mg/l) keine chemischen Membranreinigungen erforderlich. Mitte 2012 wurde dort ein MBR mit dem BIO-CEL -MCP Verfahren und einem täglichen Abwasserdurchsatz von 1.000 m³/d in Betrieb genommen. Bis heute wurden keine chemischen Reinigungen durchgeführt. VORTEILE» einfache, mechanische Membranreinigung» Kosteneinsparungen» signifikante Leistungssteigerung im Vergleich mit konventionellen MBR-Systemen» hoher Peak-Flow über lange Zeiträume» verbesserte Anlagenverfügbarkeit» optimierter Energiebedarf» minimierter Chemikalienbearf W W W. M I C R O D Y N - N A D I R. C O M
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