Vergleich unterschiedlicher Aufbauten einer kompakten Membranentsalzungsanlage zur Trinkwassergewinnung und deren Effekt auf die Trennleistung

Abstract

Diese Arbeit befasst sich mit dem Thema einstufiger Entsalzung von Salzwasser zu Trinkwasser durch Umkehrosmose, mit einem möglichst kompakten Aufbau. Dazu wurden zwei verschiedene Systeme miteinander verglichen.Zunächst ist ein simpler Aufbau zusammengestellt worden, bestehend aus einem Motor, einer Pumpe und einem Membranmodul. Mittels dieses Aufbaus wurden drei verschiedene Salzwasserkonzentrationen - 2.000ppm, 10.000ppm und 20.000ppm - mit unterschiedlichen Eingangsdrücken entsalzen und deren elektrische Leitfähigkeit, mit dazugehöriger Temperatur, sowie die Ausbeute, sowohl des Permeats als auch des Retentats, gemessen. Ziel dieser Messungen war unter anderem zu ermittelten, ob eine simple einstufige Entsalzung auch gewünschte Ergebnisse im Trinkwasserbereich produzieren kann, oder ob eine weitere Auftrennung hierfür nötig wäre.Der zweite Aufbau fügte dem System zusätzlich einen Druckaustauscher und eine weitere Pumpe als Energierückgewinnung auf der Permeatseite hinzu, womit das aufkonzentrierte Salzwasser noch einmal durch die Membran geschickt wurde. Bei gleichen Rohwasserkonzentrationen wie zuvor und ebenfalls variierenden Eingangsdrücken wurden die gleichen Messungen wie im anderen System vorgenommen.Die erlangten Messergebnisse der beiden Anlagen wurden miteinander verglichen, um zu eruieren ob sich durch die Energierückgewinnung in dem System mehr entsalztes Wasser gewinnen lässt bei geringeren Druck und ob sich etwas an der Salzkonzentration des aufgetrennten Trinkwassers verändert.Aus den Resultaten ist zu erkennen, dass bei Verwendung einer Energierückgewinnung in der Anlage im Bereich von Brackwasser deutlich eine Verbesserung in allen wichtigen Punkten erreicht wird. Bei Meerwasserkonzentrationen ist der untersuchte Aufbau nicht effizient genug und liefert keine gewünschten Ergebnisse.

This thesis concerns the desalination of saltwater using a reverse osmosis membrane. Just one membrane was used, for the purpose of creating the smallest possible system. Therefore two different designs were measured and compared.The first design contained just a motor, a pump and the spiral-wound membrane module. Desalination at three different saltwater solutions - with concentrations of 2.000ppm, 10.000ppm and 20.000ppm - were conducted, alternating inlet pressures throughout. The resulting electrical conductivity, temperature and flow were measured in both the permeat and the retentat outlet. Amongst other things these measurements were used to conclude if single filtration with just one membrane can provide drinkable water or if another desalination cycle would be needed to achieve this goal.The second design contained an additional pressure exchanger and a second pump at the outlet, as a form of energy recovery using the waste water, which re-cycles the ejected brine once more through the module. For the measurments on this system the same saltwater solutions were used, again alternating inlet pressure and taking the same measurments as before.The results of both Systems were compared as to whether the pressure exchanger and the second pump resulted in a better flowrate of the clean drinking water under lower inlet pressure and whether there would be a significant change in the salt concentration in the permeate.The result shows that the usage of energy recovery in the system yields an improvementin all significant data points in the range of brackish water, but for seawater the results were unable to achieve the desired goals.