Multi-Ionen-Feeds im Griff

Umkehrosmose realitätsnah erfassen und auslegen

(PresseBox) (Köln, ) Kundenanforderungen lassen sich umso besser erfüllen, je genauer die angebotenen Lösungskonzepte den tatsächlichen Gegebenheiten im Einsatz Rechnung tragen. Damit das künftig bei der Auslegung von Umkehrosmose-Anlagen noch besser gelingt, forscht und entwickelt der Spezialchemie-Konzern LANXESS kontinuierlich auf dem Gebiet der Wasserbehandlung.

Aktuelle Ergebnisse, die eine noch bessere Beschreibung des Separationsverhaltens von Umkehrosmose (UO)-Membranen unter realistischen Einsatzbedingungen erlauben, stellten Experten des Unternehmens jetzt auf der “3rd International Conference on Desalination using Membrane Technology“ vor, die vom 2. bis zum 5. April 2017 auf der spanischen Kanareninsel Gran Canaria stattfand.

Komplexe Zusammenhänge verstehen

Das Verhalten von UO-Membranen wird unter realistischen Einsatzbedingungen von einer Vielzahl von Parametern bestimmt. So ist die Zusammensetzung des Feeds von zentraler Bedeutung. In der Praxis sind darin außer Kochsalz, das in Tests standardmäßig als Salzfracht verwendet wird, auch andere Salze gelöst. Das Rückhaltevermögen für diese verschiedenen Salze bzw. Ionen ist durchaus unterschiedlich. Der pH-Wert und die Temperatur der Salzlösung haben für jedes Salz bzw. Ion einen individuellen Einfluss auf den Trennerfolg.

Um all diese Zusammenhänge besser zu verstehen, haben Experten von LANXESS in einem Forschungsprojekt moderne Methoden der statistischen Versuchsplanung eingesetzt. Nur so kann die Anzahl der notwendigen Versuche auch bei komplexen Fragestellungen auf ein überschaubares Maß begrenzt werden. Ziel der aktuellen Untersuchungen war es, speziell das Verhalten von hoch vernetzten Lewabrane-Membranen für die Brackwasserbehandlung besser zu verstehen. Der hohe Vernetzungsgrad führt zu einer geringen effektiven Porengröße, was ein hohes Rückhaltevermögen dieser Membranen bewirkt. Zudem zeichnen sie sich durch hohe Stabilität auch in extremen pH- und Temperaturbereichen aus.

Messungen an Salzmischungen

Besonders interessiert waren die Experten an dem Trennverhalten der Membranen für unterschiedliche gelöste Salze. Daher wurde ein Testgemisch eingesetzt, das neben Natriumchlorid (2.000 mg/l), auch Nitrat (200 mg/l), Ammonium (35 mg/l), Bor (6 mg/l) und Silikat (75 mg/l) enthielt. Derartige Gemische sind zum Beispiel in industriellen und Haushaltsabwässern anzutreffen, einige Komponenten finden sich aber auch in der Landwirtschaft, im Grund- oder Meerwasser.

Das Trennverhalten wurde sowohl an isolierten Membranen als auch an kompletten UO-Elementen untersucht. Dies geschah bei Feed-Drücken von 10,3 bar und 15,5 bar (Niedrigenergie- bzw. Standard-Elemente) und einer Ausbeute von 15 Prozent im pH-Bereich von 3 bis 11 sowie bei Temperaturen zwischen 15 und 35 °C.

Um das Trennverhalten im gesamten Parameterraum mit einer möglichst geringen Zahl von Experimenten zuverlässig erfassen zu können, wurde die statistische Versuchsplanung (Design of Experiments, DoE) eingesetzt. Dies geschah auf der Grundlage der Antwortflächenmethode (Response Surface Design, RSD) in Kombination mit einem zentral zusammengesetzten Versuchsplan (Central Composite Design, CCD). Auswertung der experimentellen Ergebnisse erfolgte durch Anpassung der Messdaten an ein quadratisches Modell.

Als Zielgrößen des Modells wurden der Gesamtsalz-Rückhalt, der Rückhalt für einzelne gelöste Komponenten und der Permeatfluss gewählt.

Antwortflächen für viele Einsatzszenarien

Die aus den Versuchsreihen abgeleiteten Antwortflächen beschreiben das Verhalten der Membran bezüglich einzelner Salze bzw. Ionen über den gesamten pH- und Temperatur-Bereich. So zeigt sich zum Beispiel für Nitrat eine deutliche pH-Abhängigkeit des Rückhalts mit einem Maximum bei pH 7-8 und bei einer nur geringfügigen Temperaturabhängigkeit. Ganz anders sind die Ergebnisse zum Beispiel beim Bor, wo neben einer pH- auch eine deutliche Temperaturabhängigkeit des Rückhalts festzustellen war.

Die Ergebnisse erlauben es, Einsatzparameter für UO-Elemente gezielt so zu wählen, dass für den jeweils betrachteten Anwendungsfall optimale Trennergebnisse erzielt werden können. „Damit wir dieses Potenzial bestmöglich im Dienste der Kunden nutzen können, werden die gefundenen Abhängigkeitsfunktionen zeitnah in das integrierte Auslegungsprogramm LewaPlus aufgenommen“, erklärt Julien Ogier, Leiter des anwendungstechnischen Labors für Membrane im Geschäftsbereich Liquid Purification Technologies (LPT) von LANXESS. „Mit der aktuellen Version von LewaPlus haben wir weiter an der Bedienerfreundlichkeit gearbeitet. So wird bei der Auslegung von UO-Anlagen direkt angezeigt, wie viele Simulationen für einen direkten Vergleich hinterlegt sind. Außerdem haben wir das Design des PDF-Berichts für das Kondensatreinigungs-Modul verbessert, so dass für die progressive Regeneration jetzt auch die Regeneriermittelmenge und die Anwendungskonzentration dargestellt werden“, ergänzt Ogier.

Die Auslegungssoftware LewaPlus kann kostenlos unter http://lpt.lanxess.de heruntergeladen werden. Hier gibt es auch ausführliche Informationen zu den Produkten des Geschäftsbereichs LPT von LANXESS.

Zukunftsgerichtete Aussagen
Diese Mitteilung enthält zukunftsgerichtete Aussagen einschließlich Annahmen, Erwartungen und Meinungen der Gesellschaft sowie der Wiedergabe von Annahmen und Meinungen Dritter. Verschiedene bekannte und unbekannte Risiken, Unsicherheiten und andere Faktoren können dazu führen, dass die Ergebnisse, die finanzielle Lage oder die wirtschaftliche Entwicklung von LANXESS AG erheblich von den hier ausdrücklich oder indirekt dargestellten Erwartungen abweicht. Die LANXESS AG übernimmt keine Gewähr dafür, dass die Annahmen, die diesen zukunftsgerichteten Aussagen zugrunde liegen, zutreffend sind und übernimmt keinerlei Verantwortung für die zukünftige Richtigkeit der in dieser Erklärung getroffenen Aussagen oder den tatsächlichen Eintritt der hier dargestellten zukünftigen Entwicklungen. Die LANXESS AG übernimmt keine Gewähr (weder direkt noch indirekt) für die hier genannten Informationen, Schätzungen, Zielerwartungen und Meinungen, und auf diese darf nicht vertraut werden. Die LANXESS AG übernimmt keine Verantwortung für etwaige Fehler, fehlende oder unrichtige Aussagen in dieser Mitteilung. Dementsprechend übernimmt auch kein Vertreter der LANXESS AG oder eines Konzernunternehmens oder eines ihrer jeweiligen Organe irgendeine Verantwortung, die aus der Verwendung dieses Dokuments direkt oder indirekt folgen könnte.

LANXESS Deutschland GmbH

LANXESS ist ein führender Spezialchemie-Konzern, der 2016 einen Umsatz von 7,7 Milliarden Euro erzielte und aktuell rund 16.700 Mitarbeiter in 25 Ländern beschäftigt. Das Unternehmen ist derzeit an 54 Produktionsstandorten weltweit präsent. Das Kerngeschäft von LANXESS bilden Entwicklung, Herstellung und Vertrieb von chemischen Zwischenprodukten und Spezialchemikalien und Kunststoffen. Mit ARLANXEO, einem Gemeinschaftsunternehmen mit Saudi Aramco, ist LANXESS zudem führender Anbieter für synthetischen Kautschuk. LANXESS ist Mitglied in den führenden Nachhaltigkeitsindizes Dow Jones Sustainability Index (DJSI World) und FTSE4Good.

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