Da die Entsalzung über Umkehrosmose eine Menge Verunreinigungen erfordert, um es zu einem praktikablen Prozess zu machen, sind Vorbehandlungsfiltrationsstrategien wichtige Überlegungen. Afrikanisches Pegmatit liefert Anthrazit und leichtes Blähtonaggregat, das sowohl effektive, langfristige Filtrationslösungen bieten kann, um den optimalen Ablauf des Umkehrosmoseprozesses zu gewährleisten und eine sichere und trinkbare Versorgung für Bewohner und Unternehmen gleichermaßen zu gewährleisten.
Die moderne Entsalzung ist ein Prozess, der für die Versorgung sowohl der Landwirtschaft als auch der Trinkwasserversorgung in Regionen, in denen ausreichende Niederschläge selten oder sehr unvorhersehbar sind, unerlässlich ist. Die moderne Entsalzungsanlage nimmt Meerwasser auf und unterzieht sie einem Umkehrosmoseprozess. Umkehrosmose ist der Mechanismus, bei dem eine teilweise durchlässige Membran verwendet wird, um Ionen und unerwünschte Moleküle aus Wasser zu entfernen.
Die Effizienz des Umkehrosmose-Prozesses (RO) liegt hauptsächlich in der Wirksamkeit der Membran selbst und der Vorbehandlung des Quellwassers. Daher verwendet die moderne Entsalzungsanlage verschiedene Arten von Filtern, oft nacheinander, um einen großen Teil der Verunreinigungen zu entfernen, bevor sie die Membran erreichen können. Meerwasser weist oft Konzentrationen von gelösten Feststoffen von mehr als 35 Gramm pro Liter auf(1).
Zwei dieser weit verbreiteten Filtertechnologien sind leichtes Blähtonaggregat (LECA, Prozess-Blähton) und Anthrazit, und beides wird hier diskutiert. Die Grundidee ist, dass Meerwasser durch diese Materialien fließt, die als Filter eingerichtet sind, bevor es die Membran erreicht. Wenn es die Membran erreicht, ist es weitgehend frei von gelösten Feststoffen, was den gesamten RO-Prozess effizienter macht.
Viele der Ursachen für Membranverschmutzung enthinen aus unbehandeltem Meerwasser sind für das menschliche Auge nicht leicht sichtbar. Zu den Hauptursachen zählen gelöste Kieselsäureverbindungen, adsorbierte organische Moleküle, Mikroorganismen, metallische Oxide und verschiedene Kolloide aus Eisen und Aluminium(2). Am effektivsten sind Dual-Media-Filtrations-Setups, und es sind diese, die weltweit am umfangreichsten eingesetzt werden(3). Die direkte Filtration (d. h. eine einfache Filtration durch sandigen oder durch einen Maschenfilter) gilt allgemein als unwirksam, insbesondere gegen organische Verunreinigungen(4).
Imperative für RO-Operationen, aufgrund der immensen Skala, auf der sie arbeiten, muss jeder Filter für lange Zeiträume zuverlässig und relativ kostengünstig sein. LECA und Anthrazit erfüllen diese Anforderungen. Die Vorbehandlung von Meerwasser ist die wirksamste Methode, um die Nicht-Fouling der RO-Membran zu gewährleisten(5). Es sei darauf hingewiesen, dass weder Anthrazit noch LECA selbst in der Lage sind, Salz aus Salzwasser zu entfernen - sie werden nur als Filter verwendet, der dem Umkehrosmoseprozess vorgreift.
Vergleich
Eine Studie in Nordgriechenland nahm Anthrazit- und LECA-Filter für RO und führte sie parallel durch, um einen erkennbaren Unterschied zwischen den beiden Ansätzen zu finden(17). Die Forschung - sowohl auf Pflanzen- als auch auf Laborwaagen - fand heraus, dass LECA und Anthrazit weitgehend die gleiche Probe auf organische Konzentration in Filtrat, Schlickdichte und Trübung durchführten. Bemerkenswert ist jedoch, dass beide Methoden in den kälteren Wintern leistungsmäßig gelitten haben, aber nicht auf einem inakzeptablen Niveau. Das LECA-Material und das Anthrazit lagen im Größenbereich von 1,2 bis 2,4 mm.
Beide Arten der Filtration - wenn sie in einem Dual-Media-Filter-Setup sind - sind hochwirksam gegen die Exposition von Algenblüten gegenüber der RO-Membran(18). Bakterien sind viel schwieriger zu entfernen mit dualen Filterverfahren als feste Verunreinigungen und organische Materialien, jedoch wurden duale Medienfilter, die Anthrazit enthalten, in einer Studie gezeigt, dass sie einige Bakterien entfernen, aber die Mehrheit wurde von nachfolgenden Filtrationsprozessen(19). In einer weiteren Studie wurde gezeigt, dass LECA-Filter bakterienleben einfangen - aber in einigen Fällen auch entwickeln(20).
Natürlich ist die Filtration nicht die einzige Waffe im Arsenal des RO-Anlagendesigners. Oftmals wird Meerwasser vor der Filtration chemisch behandelt, um zu erwartende Verunreinigungen auszutreiben - diese werden dann im Sandfilter gesammelt oder dürfen sich mit der Schwerkraft trennen. Natriumhexametaphosphat kann zugesetzt werden, um die Ausfällung von Calciumcarbonat und Calciumsulfat zu induzieren. Die Versauerung (da Meerwasser leicht basisvoll ist) kann durchgeführt und Aluminiumsulfat zugesetzt werden, um die Filtration zu erleichtern(21). Nachfiltrationsbehandlungen sind nicht ungewöhnlich, abhängig von der Skala der Kontamination.
Während beide Materialien (Ton und Anthrazit) reichlich vorhanden und sowohl bergbaulich als auch wirtschaftlich leicht zugänglich sind, hat Anthrazit den Vorteil, dass es "out of the box" verwendet werden kann, wobei nur minimale Verarbeitung erforderlich ist. Die Verarbeitung beschränkt sich in der Regel auf das Schleifen des Rohanthrazits auf geeignete Partikelgrößen. Ton hingegen muss zunächst in einem Drehofen erhitzt und dann je nach Anwendung mit einer anderen chemischen Substanz dotiert/imprägniert werden - was den Prozess mit Kosten, Zeit und Komplexität erhöht. Anthrazit ist kostengünstiger, da es weniger Verarbeitung erfordert, was auch den Vorteil einer umweltfreundlicheren Behandlung bietet.
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