{"id":26191,"date":"2020-03-02T09:06:32","date_gmt":"2020-03-02T09:06:32","guid":{"rendered":"https:\/\/mineralmilling.com\/filtrationsmedien-in-entsalzungsanlagen-expanded-clay-vs-anthrazit\/"},"modified":"2021-04-29T12:05:04","modified_gmt":"2021-04-29T12:05:04","slug":"filtrationsmedien-in-entsalzungsanlagen-expanded-clay-vs-anthrazit","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/mineralmilling.com\/de\/filtrationsmedien-in-entsalzungsanlagen-expanded-clay-vs-anthrazit\/","title":{"rendered":"Filtrationsmedien in Entsalzungsanlagen: Expanded Clay vs Anthrazit"},"content":{"rendered":"

\n\tFiltrationsmedien in Entsalzungsanlagen: expandierter Ton gegen Anthrazit<\/b>\n\t<\/h1>\n\t

Die moderne Entsalzung ist ein Prozess, der f\u00fcr die Versorgung sowohl der Landwirtschaft als auch der Trinkwasserversorgung in Regionen, in denen ausreichende Niederschl\u00e4ge selten oder sehr unvorhersehbar sind, unerl\u00e4sslich ist. Die moderne Entsalzungsanlage nimmt Meerwasser auf und unterzieht sie einem Umkehrosmoseprozess. Umkehrosmose ist der Mechanismus, bei dem eine teilweise durchl\u00e4ssige Membran verwendet wird, um Ionen und unerw\u00fcnschte Molek\u00fcle aus Wasser zu entfernen.<\/p>\n

Die Effizienz des Umkehrosmose-Prozesses (RO) liegt haupts\u00e4chlich in der Wirksamkeit der Membran selbst und der Vorbehandlung des Quellwassers. Daher verwendet die moderne Entsalzungsanlage verschiedene Arten von Filtern, oft nacheinander, um einen gro\u00dfen Teil der Verunreinigungen zu entfernen, bevor sie die Membran erreichen k\u00f6nnen. Meerwasser weist oft Konzentrationen von gel\u00f6sten Feststoffen von mehr als 35 g pro L(1) auf.<\/p>\n\t\t\t\t\"Entsalzungsanlagendiagramm\"\n\t\t\t\t\"Osmose-\n\tZwei dieser
\n weit verbreiteten Filtertechnologien<\/a>
\n<\/u> sind Light Expanded Clay Aggregate (LECA, Prozess-Expanded-Ton) und Anthrazit, und beide werden hier diskutiert. Die Grundidee ist, dass Meerwasser durch diese Materialien flie\u00dft, die als Filter eingerichtet sind, bevor es die Membran erreicht. Wenn es die Membran erreicht, ist es weitgehend frei von gel\u00f6sten Feststoffen, was den gesamten RO-Prozess effizienter macht.\n

Viele der Ursachen f\u00fcr Membranverschmutzung enthinen aus unbehandeltem Meerwasser sind f\u00fcr das menschliche Auge nicht leicht sichtbar. Zu den Hauptursachen z\u00e4hlen gel\u00f6ste Kiesels\u00e4ureverbindungen, adsorbierte organische Molek\u00fcle, 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).<\/p>\n

Imperative f\u00fcr RO-Operationen, aufgrund der immensen Skala, auf der sie arbeiten, muss jeder Filter f\u00fcr lange Zeitr\u00e4ume zuverl\u00e4ssig und relativ kosteng\u00fcnstig sein. LECA und Anthrazit erf\u00fcllen diese Anforderungen. Die Vorbehandlung von Meerwasser ist die wirksamste Methode, um die Nicht-Fouling der RO-Membran zu gew\u00e4hrleisten(5).<\/p>\n\t\t\t\t\"Entsalzungsanlage\"\n

\n\tLeicht expandiertes Tonaggregat\n\t<\/h2>\n\t

LECA ist ein leichtes Aggregat, das durch Erhitzen von Standardton zu ca. 1.200 \u00b0C in einem Drehofen. W\u00e4hrend des Erhitzungs- und Drehprozesses trocknet der Ton aus, formt sich zu Kugelformen und wird hochpor\u00f6s. Diese Porosit\u00e4t f\u00fchrt dazu, dass sie gute saugf\u00e4hige Eigenschaften besitzt, da sie zuvor verwendet wurde, um Schwermetalle wie Cadmium aus Farbfabrikabfallstr\u00f6men zu entfernen(6).<\/p>\n

Im Wasserreinigungsraum, wo die Forschung gezeigt hat, dass LECA in der Lage ist, Fluoridverbindungen aus w\u00e4ssriger L\u00f6sung zu adsorbieren, entweder allein oder modifiziert mit Magnesiumchlorid oder Wasserstoffperoxid(7). Dar\u00fcber hinaus sind Dual-Medienfilter,<\/sub>die Sand enthalten, und MgCl 2\/H2O2-modifizierte LECA in der Lage, Chromverbindungen aus Wasser zu entfernen(8) – und diese dotierten LECAs k\u00f6nnen durch Behandlung mit verd\u00fcnnter S\u00e4ure regeneriert werden.<\/sub><\/sub><\/p>\n

Einer der sch\u00e4dlichsten Schadstoffe ist Arsen. Sollte dies in das Wassersystem gelangen, k\u00f6nnte es zu Todesf\u00e4llen kommen. Forscher haben gezeigt, dass die Verwendung von Fentons reagenzmodifiziertem LECA wirksam war, um 99 Arsenit (As2+<\/sup>) und Arsenate (As4+<\/sup>) Ionen aus einer w\u00e4ssrigen L\u00f6sung in einer Konzentration von 150 g pro Liter in 60 Minuten (9) zu entfernen. Das Reagenz von Fenton ist eine Mischung aus Wasserstoffperoxid und Eisen und ist ein preiswertes Material, das in gro\u00dfem Ma\u00dfstab verwendet werden kann.<\/p>\n

Ein tragf\u00e4higer Vergleich w\u00e4re mit aktivierten Molekularsieben, wie sie h\u00e4ufig im Chemielabor verwendet werden, da LECAs regeneriert werden k\u00f6nnen, bei niedrigen „Belastungen“ wirksam sind und selbst unl\u00f6slich sind. Diese Eigenschaften bedeuten, dass die LECA-Filtration einfach zu bearbeiten ist.<\/p>\n\t\t\t\t\"Automatisierter\n

\n\tAnthrazit\n\t<\/h2>\n\tAnthrazit ist eine der allgegenw\u00e4rtigsten Formen der Kohle. Nat\u00fcrlich und leicht abgebaut, ist es kosteng\u00fcnstig. Mit vielen Verwendungen abgesehen als Brennstoff, ist seine Verwendung als Filtrationsmedium weithin bekannt(10). Einer der wichtigsten \u00f6kologischen Vorteile der Verwendung von
\n Anthrazit als Filter<\/a>
\n<\/u> und nicht als Brennstoff besteht darin, dass es keine Emission von Kohlendioxid in die Atmosph\u00e4re gibt, da es nicht verbrannt wird. Es sollte jedoch beachtet werden, dass Anthrazit selten allein als Pre-RO-Filter verwendet wird. Vielmehr wird es als Teil eines Dual-Media-Filter-Setups neben Sand(11) oder neben Sand und
\n Granat als Mischmittelfilter<\/a>
\n<\/u>verwendet, der eine \u00fcberlegene Grob-Fein-Filtration bietet. Typischerweise ist Anthrazit vorhanden, um suspendierte Feststoffe und einige gel\u00f6ste organische Stoffe zu entfernen(12).\n

Anthrazit-gef\u00fchrte Dual-Media-Filter wurden in tropischen Umgebungen in RO-Anlagen eingesetzt und erwiesen sich als \u00e4u\u00dferst effektiv bei der Behandlung von rohem, verschmutztem Meerwasser-Pre-RO und produzieren schlie\u00dflich mehr als 50 m3<\/sup> pro Tag (50.000 L) Trinkwasser, das vollst\u00e4ndig den WHO-Standards entspricht(13). Dieses besondere Beispiel lieferte \u00fcber 35 Wasserr\u00fcckgewinnung im Laufe eines Jahres. Neben granularer Aktivkohle (ein Material, mit dem Anthrazit viele \u00c4hnlichkeiten hat) wurde Anthrazit als hochwirksame Komponente in einem Doppelfilter verwendet, um biologisches Material aus einem Vor-RO-Versuchsaufbau zu entfernen(14). Diese kleine Einrichtung zeigte auch nach 55 Tagen konstanter Aktivit\u00e4t, die mehr als 5 Meter pro Stunde durch einen 20 cm Filter betrug, keinen Leistungsr\u00fcckgang. In beiden Beispielen war eine minimale Verarbeitung des Anthrazites erforderlich – beschr\u00e4nkt auf das Schleifen auf geeignete Partikelgr\u00f6\u00dfen. Im Rahmen einer multimedialen Filtration konnte Anthrazit neben Gr\u00fcns and und Aktivkohle vor einem RO-Prozess erhebliche Mengen Eisen aus w\u00e4ssriger L\u00f6sung entfernen(15).<\/p>\n

Across Filtrationsanwendungen f\u00fcr RO-Anthrazitkorngr\u00f6\u00dfen k\u00f6nnen zwischen 1mm und 2,4 mm variieren, mit einer Mindestbetttiefe von 0,8 m. Die modernsten Anlagen mit Anthrazit\/Sand-Dual-Media-Filtern k\u00f6nnen mehr als 40 m3<\/sup> pro Stunde verarbeiten(16). Der gr\u00f6\u00dfte Teil des Filtrations-Dienstprogramms von Anthrazit ist auf seine ausgezeichnete Gr\u00f6\u00dfenausschlussfunktionalit\u00e4t und Porosit\u00e4t zur\u00fcckzuf\u00fchren. Nach der Verwendung wird verbrauchtes Anthrazit in der Regel verworfen.<\/p>\n\t\t\t\t\"Wassertr\u00f6pfchen,\n\t\t\t\t\"Sch\u00f6ner\n

\n\tVergleich\n\t<\/h2>\n\t

Eine Studie in Nordgriechenland nahm Anthrazit- und LECA-Filter f\u00fcr RO und f\u00fchrte sie parallel durch, um einen erkennbaren Unterschied zwischen den beiden Ans\u00e4tzen 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 Tr\u00fcbung durchf\u00fchrten. Bemerkenswert ist jedoch, dass beide Methoden in den k\u00e4lteren Wintern leistungsm\u00e4\u00dfig gelitten haben, aber nicht auf einem inakzeptablen Niveau. Das LECA-Material und das Anthrazit lagen im Gr\u00f6\u00dfenbereich von 1,2 bis 2,4 mm.<\/p>\n

Beide Arten der Filtration – wenn sie in einem Dual-Media-Filter-Setup sind – sind hochwirksam gegen die Exposition von Algenbl\u00fcten gegen\u00fcber 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 F\u00e4llen auch entwickeln(20).<\/p>\n\t\t\t\t\"Wasserreinigungsprozess\"\n\t\t\t\t\"Umkehrosmosemembran\"\n\t

Nat\u00fcrlich 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 d\u00fcrfen sich mit der Schwerkraft trennen. Natriumhexametaphosphat kann zugesetzt werden, um die Ausf\u00e4llung von Calciumcarbonat und Calciumsulfat zu induzieren. Die Versauerung (da Meerwasser leicht basisvoll ist) kann durchgef\u00fchrt und Aluminiumsulfat zugesetzt werden, um die Filtration zu erleichtern(21). Nachfiltrationsbehandlungen sind nicht ungew\u00f6hnlich, abh\u00e4ngig von der Skala der Kontamination.<\/p>\n

W\u00e4hrend beide Materialien (Ton und Anthrazit) reichlich vorhanden und sowohl bergbaulich als auch wirtschaftlich leicht zug\u00e4nglich sind, hat Anthrazit den Vorteil, dass es „out of the box“ verwendet werden kann, wobei nur minimale Verarbeitung erforderlich ist. Die Verarbeitung beschr\u00e4nkt sich in der Regel auf das Schleifen des Rohanthrazits auf geeignete Partikelgr\u00f6\u00dfen. Ton hingegen muss zun\u00e4chst in einem Drehofen erhitzt und dann je nach Anwendung mit einer anderen chemischen Substanz dotiert\/impr\u00e4gniert werden – was den Prozess mit Kosten, Zeit und Komplexit\u00e4t erh\u00f6ht. Anthrazit ist kosteng\u00fcnstiger, da es weniger Verarbeitung erfordert, was auch den Vorteil einer umweltfreundlicheren Behandlung bietet.<\/p>\n\t\t\t\t\"sauberes\n

\n\tZusammenfassung\n\t<\/h2>\n\t