Der Spezialchemie-Konzern Lanxess bietet der Wasserindustrie eine wichtige Ergänzung seiner LewaPlus-Softwaresuite für die Dimensionierung von Umkehrosmose-(RO-) und Ionenaustausch-(IX-)Systemen an. Das neue Modul ermöglicht die Modellierung von Systemen, die mit der Closed Circuit Reverse Osmosis-Technologie (CCRO) von Desalitech ausgestattet sind und erlaubt Anlagenplanern die Dimensionierung von RO-Systemen auf Basis der neuesten verfügbaren Wasseraufbereitungstechnologie. Dies trägt dazu bei, durch abwasserfreie (zero liquid discharge, ZLD) oder abwasserarme (minimum liquid discharge, MLD) Behandlungsverfahren die Ökobilanz der Wasseraufbereitung zu verbessern.
Die Umkehrosmose wird zur Wasserentsalzung und -reinigung verwendet. Ihr Einsatz bei industriellen, kommunalen und Wasseraufbereitungsanwendungen nimmt rapide zu. Die Technologie wird weithin genutzt, insbesondere in Regionen mit Wasserstress wie dem Westen Nordamerikas. Das herkömmliche Umkehrosmoseverfahren ist mitunter auf Rückgewinnungsraten von 75 bis 85 Prozent begrenzt, wobei 15 bis 25 Prozent des Speisewassers nicht gereinigt und zu Abwasser werden. Mit dem CCRO-Verfahren, das nun mit LewaPlus modelliert werden kann, lassen sich dagegen Rückgewinnungsraten von bis zu 98 Prozent erzielen. Dieser hohe Wirkungsgrad wird durch eine integrierte Rezirkulationspumpe erreicht, die die Sole zur Einspeisung an die Membran zurückführt und eine hohe Querstromgeschwindigkeit durch den Membran-Array gewährleistet.
Das System arbeitet in zwei alternierenden Betriebsmodi: im Modus mit geschlossenem Kreislauf (CC) und 100 Prozent Rückgewinnung und im Spül- oder Pfropfenstrom-(PF-)Modus mit 10 bis 50 Prozent Rückgewinnung. Im CC-Betrieb wird Permeat mit einer Geschwindigkeit produziert, die der durch die Hochdruckpumpe bestimmten Flussrate entspricht. Ist die gewünschte Rückgewinnungsrate erreicht, wird in den PF-Modus umgeschaltet, in dem die konzentrierte Sole aus dem System entfernt und in einem einzigen Pfropfenstrom-Spülschritt durch Speisewasser von der Hochdruckpumpe ersetzt wird.
Das neue Modul wurde von Lanxess Sybron Chemicals in Zusammenarbeit mit Desalitech (Newton, Massachusetts, USA) entwickelt. Bislang erfolgte die Modellierung des CCRO-Prozesses auf Grundlage von Erfahrungswerten und ohne energetische Optimierung, was die Abschätzung der Rückgewinnungsraten und der Leistungsfähigkeit von CCRO-Systemen erschwerte.
Schnelle und genaue Auslegung von CCRO-Systemen
„Das neue CCRO-Modul der LewaPlus-Software ermöglicht – unter Verwendung der vorliegenden Performance-Algorithmen und computergestützten Verfahren – die schnelle und genaue Auslegung von Umkehrosmosesystemen, die die Leistung der Lewabrane-Elemente im Umkehrosmoseprozess optimal unterstützen“, sagt Firuza Mir, President der Lanxess Sybron Chemicals. Dieses neue Modul ersetzt die älteren Berechnungsprotokolle, nach denen die Systemleistung anhand von mehreren Excel-Arbeitsblättern angenähert wurde. Es bietet die vorhandene grafische Benutzeroberfläche (graphical user interface, GUI), ein bedienerfreundliches Layout und eine lineare Prozesslogik, die das Kennzeichen der LewaPlus Auslegungssoftware ist. Darüber hinaus bietet es Registerkarten für Energieverbrauch, Nachbehandlung und Kostenanalyse. Diese zusätzlichen Analyseoptionen sind „in einer Sekunde“ verfügbar, wie Mir betont.
Das neue CCRO-Modul folgt denselben Planungsvorgaben für Umkehrosmosemembranen wie herkömmliche Umkehrosmosemodule. Bei dem patentierten Verfahren werden herkömmliche Umkehrosmose-Elemente verwendet, wie zum Beispiel die spiralförmig gewickelten Polyamid-Dünnfilm-Verbundelemente mit 20 cm (8 Zoll) Durchmesser und 102 cm (40 Zoll) Länge, die den Branchenstandard bilden und im Rahmen des bewährten Lewabrane-Portfolios von Lanxess angeboten werden. Desalitech verarbeitet diese standardisierten Komponenten zu einem System mit einzigartiger Konfiguration, das sich automatisch an Veränderungen beim Speisewasser anpasst – anders als beim linearen, konstanten Filterverfahren der herkömmlichen Umkehrosmose.
Mit Desalitechs CCRO-Verfahren lassen sich höhere Rückgewinnungsraten erzielen. Dabei zirkuliert das Wasser durch einen einstufigen Membran-Array, bis keine weitere Rückgewinnung möglich ist und das konzentrierte Abwasser abgelassen wird. Die ständige Veränderung des Flusses und des Salzgehalts verhindert Verschmutzung und Verkrustung und verlängert die Lebensdauer der Membranen. Darüber hinaus passt sich der Prozess automatisch an Schwankungen des Speisewasserzustands an, damit die vorgegebenen Rückgewinnungsziele eingehalten werden können.
