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Fachgebiet SiedlungswasserwirtschaftLeiter: Univ.-Prof. Dr.-Ing. F.-B. Frechen
Rotary International - ArbeitstagungFrankfurt, 27. Oktober 2007
Trinkwasserbereitstellung durch Membranfiltration für kleine Menschenansammlungen
in KatastrophenfällenRotary International – Arbeitstagung Initiativgruppe Wasser
Frankfurt, 27. Oktober 2007
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”
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Rotary International - ArbeitstagungFrankfurt, 27. Oktober 2007Worum 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
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Rotary International - ArbeitstagungFrankfurt, 27. Oktober 2007Membrantechnik – Basics
size of particles/molecules [µm]
pre
ssu
re [
bar
]
Viruses Bacteria
Salt Cryptosporidia
0.0001 0.001 0.01 0.1 1 100.1
1
10
100
200
filtration
micro-filtration
ultra-filtration
nano-filtration
reverse osmosis
Red blood cells
MWCO approx. 200 20 000 500 000 daltons
DIN filtration with 0.45 µm
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Rotary International - ArbeitstagungFrankfurt, 27. Oktober 2007Membrantechnik – Basics
Membran
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Rotary International - ArbeitstagungFrankfurt, 27. Oktober 2007Getauchte Membran – Plattenmodule
KubotaKubota
HuberHuber
Martin Martin SystemsSystems
BusseBusse
KubotaKubota
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Rotary International - ArbeitstagungFrankfurt, 27. Oktober 2007Getauchte Membran – Hohlfasermodule
Getauchte Module - Hohlfaser
Hohlfasermodul Zenon
Hohlfasermodul Mitsubishi RayonHohlfasermodul Koch Hohlfasermodul USFilters
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Rotary International - ArbeitstagungFrankfurt, 27. Oktober 2007Beispiel Trinkwasseraufbereitung
WasserwerkRoetgen/Aachen
Porenweite:20 Nano
Membranfläche:70.000 m2
Wassermenge:144.000 m3/d(Maximalleistung)
Nr.1 in D
Nr. 5 weltweit
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Rotary International - ArbeitstagungFrankfurt, 27. Oktober 2007Trinkwasser 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
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Rotary International - ArbeitstagungFrankfurt, 27. Oktober 2007Mobiles Wasserwerk
Mobile Trinkwasserwerke für Not- und Katastrophenfälle benötigen Energie/Diesel
Chemikalien
GeschultesPersonal
Beispiel:Vorfilter+ UF+ RObis zu 4,5 m3/h
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Rotary International - ArbeitstagungFrankfurt, 27. Oktober 2007Die Herausforderung
Bei Katastrophen werden mobile Wasserwerke dort ein-gesetzt, 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 Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft der Universität Kassel haben wir daher mit Unterstützung der DBU einen Prototyp einer einfachen Membraneinheit entwickelt, die kleine Menschenansammlungen versorgen kann
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Notfallszenario– Lösungsansatz
Keine elektrische
Energie
transportation overland not
possible
Kein Fachpersonal
Keine Chemikalien
Selbsthilfe
Zeitdruck
Nutzung der Gravimetrie
Membranfiltration
Selbsthilfe ist möglich
Beschreibung über
Piktogramme
betriebsfertig gelagert
TransportproblemeAbsetzen aus
der Luft & tragbar
Notfallszenario und Lösungsansatz
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Notfallszenario– Lösungsansatz
Keine elektrische
Energie
transportation overland not
possible
Kein Fachpersonal
Keine Chemikalien
Selbsthilfe
Zeitdruck
Transportprobleme
Notfallszenario und Lösungsansatz
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Rotary International - ArbeitstagungFrankfurt, 27. Oktober 2007Getestete Membrantypen
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Rotary International - ArbeitstagungFrankfurt, 27. Oktober 2007Flux Tests
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Rotary International - ArbeitstagungFrankfurt, 27. Oktober 2007Ergebnisse
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/(m2*h)
stabilisiert sich bei 10 L/(m2*h) für Wochen
bei 11 m2 Membranfläche und 24 h Dauerbetrieb und etwa5 Liter pro Mensch und Tag:
ausreichend für mind. 1.500 Menschen bis 3 Tage
ausreichend für mind. 500 Menschen für Wochen
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Rotary International - ArbeitstagungFrankfurt, 27. Oktober 2007Die Lösung – Prototyp
Keine beweglichen Teile, keine Energie, keine Chemikali-en nötig, von jedem betreibbar
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Rotary International - ArbeitstagungFrankfurt, 27. Oktober 2007Die Lösung – Prototyp
Keine beweglichen Teile, keine Energie, keine Chemikali-en nötig, von jedem betreibbar
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Keine beweglichen Teile, keine Energie, keine Chemikali-en nötig, von jedem betreibbar – auch von Analphabeten
Die Lösung – Prototyp
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Weiterentwicklung vom Prototyp zum einsatzfähigen Modul im Rahmen eines ca. 1½ -jährigen Forschungs-projektes, Kosten geschätzt ca. 500.000 € incl. Her-stellung des Spritzwerkzeuges (ca. 150.000 €), mit dem dann mind. 10.000 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?)
Wie weiter? Welche Kosten?
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Rotary International - ArbeitstagungFrankfurt, 27. Oktober 2007Wie weiter? Welche Kosten?
50.700
5.700
1.200800
25.700
3.200
950 750
100
1.000
10.000
10 100 1.000 10.000
Kost
en/S
tück
in €
Stückzahl
500 T€Grundkosten
250 T€ GK (250 T€Förderung DBU)
507570
1.200
4.000
257 320
950
3.750
0
1.000
2.000
3.000
4.000
5.000
10 100 1.000 10.000
Kost
en in
1.0
00 €
Stückzahl
500 T€Grundkosten250 T€ GK (250 T€Förderung DBU)
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www.uni-kassel.de\fb14\siwawiDie Folien dieses Vortrages werden in Kürze auf
zum Download bereitstehen