De.mem treibt seine Mulde voran

Andreas Kroell, CEO, De.mem Ltd, Australien und David Chua, Director Manufacturing & Technology, De.mem Pte Ltd, Singapur

Die Einführung verschiedener Produkte unterstützt die Strategie von De.mem Ltd, ein Membranportfolio zu entwickeln, und trägt dazu bei, seinen Kundenstamm zu stärken und die Einnahmequellen zu erweitern. Neben der Lizenzierung proprietärer Technologien verfolgt das singapurisch-australische Wasser- und Abwasseraufbereitungsunternehmen aktiv proprietäre Technologien, indem es die Hohlfaser-Ultrafiltrations- und Nanofiltrationsmembranen, die es selbst entwickelt, weiter weiterentwickelt, wie in diesem Artikel erläutert wird.

Verschiedene Arten von Membranen ermöglichen es De.mem, seine proprietäre Technologie in einem noch größeren Spektrum von Projekten mit einem großen adressierbaren Markt einzusetzen.

Mit einem Portfolio an Ultrafiltrations- (UF) und Nanofiltrationsmembranen (NF) verfügt das Unternehmen über proprietäre Produkte, die auf viele Anwendungen ausgerichtet sind, darunter die Aufbereitung von Trinkwasser, Abwasser und Industrieabwasser sowie Recycling.

Das Unternehmen hat außerdem proprietäre Technologien von seinem Partner in Forschung und Entwicklung, der Nanyang Technological University (NTU) in Singapur, lizenziert.

Zu den von NTU lizenzierten Technologien gehört eine Niederdruck-Hohlfaser-NF-Membran, die die Betriebskosten durch Reduzierung des Stromverbrauchs senkt und durch den Einsatz einer einfachen Systemarchitektur die Investitionsausgaben senken kann. Das Unternehmen besitzt eine exklusive weltweite Lizenz für diese Technologie.

UF-Membran

Technische Übersicht

De.mem hat intern eine Hohlfaser-UF-Membran entwickelt.

Die neue proprietäre UF-Membran wurde am 26. November 2018 offiziell „gelauncht“ und basiert auf Polyethersulfon (PES) und wurde speziell für die Entfernung von Partikeln entwickelt, die Trübungen verursachen.

Es arbeitet zwischen 1 und 2,5 bar Maximaldruck. Es hat einen nominalen Porendurchmesser von ≤ 0,01 μm und verfügt über eine hohe chemische Beständigkeit. Es ist robust und kann daher Reinigungsprozessen mit niedrigem und hohem pH-Wert standhalten, die zur Wiederherstellung seiner Leistung eingesetzt werden. Die Membran wird von außen nach innen verlegt, wodurch sie leicht zu reinigen ist.

Die technischen Spezifikationen der Membran sind in zusammengefasstTabelle 1.

Designparameter der Membran

Flow-Konfiguration

Außenseite nach innen

Membranabmessungen [mm]

Außendurchmesser: 1,3, Innendurchmesser: 0,8

Filtratfluss [l/m2/h/bar] (lmh)

250 ± 50

Molekulargewichtsgrenze (MWCO) [Da]

100 000

Gemessene Zugfestigkeit bei maximaler Belastung [MPa]

3.21

% Bruchdehnung [%]

48.3

Maximale Belastung [N]

4.26

Bakterien-Challenge-Test

≥ 6 Protokollentfernung

Typische Filtrattrübung [NTU]*

< 1

Tabelle 1. Zusammenfassung der technischen Spezifikationen der Hohlfaser-Ultrafiltrationsmembran, die De.mem selbst entwickelt hat (*abhängig von der Speisewasserqualität).

Einsatz an Projektstandorten in Singapur und Vietnam

Seit ihrer Einführung im November 2018 wurde die UF-Membran an zahlreichen Projektstandorten in Singapur eingesetzt, wo sie unter anderem bei der Behandlung von Industrieabwässern aus verschiedenen Industriesektoren – also der Öl- und Gasbranche sowie der Elektronikbranche – zum Einsatz kommt und in Fahrzeugwaschanlagen bzw. Autowaschanlagen.

Darüber hinaus wurde es an einem Standort in Vietnam eingesetzt, der Flusswasser nach Trinkwasserstandard aufbereitet.

Die von einem bestimmten Projektstandort gesammelten Daten werden in den Diagrammen in angezeigtAbbildung 1UndFigur 2.

UF-Filterpatrone für Privathaushalte

Die De.mem UF-Membran wird auch zur Herstellung von 2,5-Zoll-Filterkartuschen für den häuslichen Gebrauch am Einsatzort verwendet (Figur 3).

Die Membran ist hochwirksam bei der Entfernung suspendierter Feststoffe (total suspended solids oder TSS), Bakterien und Viren. Es wurde auf eine Bakterienreduktion von 6 log getestet, was bedeutet, dass von 1.000.000 Bakterien im Speisewasser nur eines im behandelten/gefilterten Wasserstrom nachgewiesen werden kann.

Die UF-Kartusche hat eine Durchflussrate von etwa 2 l/min bei einem Speisedruck von 1 bar, was dem Auffüllen einer Tasse gefiltertem Wasser in etwa 8 Sekunden entspricht.

Für den Anschluss an den Filter wird ein Standard-Schnellanschlussstück mit 1/4-Zoll- oder 3/8-Zoll-Schlauch verwendet, der für die meisten aktuellen Wasserfilter geeignet ist. Dadurch eignet sich die UF-Kartusche perfekt für Neu- oder Ersatzanwendungen.

Der Prozess zur Herstellung der UF-Membran hat sich als stabil und konsistent erwiesen. Die Zuverlässigkeit wird durch strenge Qualitätskontrollen während der Herstellung und an den Projektstandorten gewährleistet, die die Robustheit und Leistung der Membran unter Beweis stellen.

Hohlfaser-NF-Membran

Technische Übersicht

De.mem besitzt derzeit eine exklusive, weltweite Lizenz für eine Hohlfaser-NF-Membran auf Basis des Polymers Polyethylenimin (PEI) für einen Zeitraum von 20 Jahren.

Diese Membran zeichnet sich durch eine positiv geladene selektive Schicht aus, die Partikel gleicher Ladung abweist, obwohl diese kleiner als die Porengröße der Membran sind.

Die NF-Membran zielt auf Partikel im Größenbereich von 500–10.000 Da ab und eliminiert sie. Es arbeitet unter einem niedrigen Betriebsdruck, was zu erheblichen Einsparungen beim Energieverbrauch führt und letztendlich die Betriebskosten im Vergleich zu NF auf Basis einer Flachmembran oder, gegebenenfalls als Benchmark, Umkehrosmose (RO) senkt.

Im Allgemeinen können Hohlfasermembranen durch Vorwärtsspülen und Luftspülen gereinigt werden, was ihre Lebensdauer und Leistung erhöht.

In der Zwischenzeit hat De.mem selbst eine neue, proprietäre Hohlfaser-NF-Membrantechnologie entwickelt, die die Filtrationsfähigkeiten des Unternehmens ergänzt und weiter verbessert.

Die neue Membran hat eine minimale Porengröße, gemessen an ihrem Molekulargewichtsgrenzwert (MWCO), von 500 Da. Es wird in einer Inside-Out-Konfiguration ausgeführt.

Tabelle 2listet die technischen Spezifikationen der NF-Membran von De.mem auf.

Designparameter der Membran

Flow-Konfiguration

von innen nach außen

Membranabmessungen [mm]

Außendurchmesser: 1,3, Innendurchmesser: 0,8

Filtratfluss [l/m2/h/bar] (lmh)*

5–15 lmh

Molekulargewichtsgrenze (MWCO) [Da]

500

Tabelle 2. Zusammenfassung der technischen Spezifikationen der von De.mem entwickelten Hohlfaser-Nanofiltrationsmembran (*abhängig von der Speisewasserqualität).

Mögliche Anwendung: Entfernung von Farbstoffen aus Abwasser

De.mem hat detaillierte technische Tests der NF-Membran durchgeführt, um deren technische Spezifikationen zu ermitteln. Darüber hinaus wurden Tests durchgeführt, um die Qualität der Filtration festzustellen.

Zur Prüfung der Rückweisungsleistung wurden mehrere Farbstoffe verwendet. Während Farbstoffe typischerweise etwas größer als gelöste Partikel – also Salze – sind, bestehen sie aus relativ kleinen Molekülen. Um sie aus einem Wasserstrom zu entfernen, ist derzeit eine Behandlung mit RO- oder Flachfolien-NF-Membranen erforderlich.

De.mem hat getestet (Figur 4) seine neue Hohlfasermembran umfassend auf verschiedene Arten von Farbstoffen, die sich hinsichtlich der Partikelgröße unterscheiden, die durch ihr jeweiliges Molekulargewicht (in Dalton) angegeben wird.

Beispielsweise wurde gezeigt, dass für Erythrosin (Molekulargewicht 880 Da), Brilliant Blue FCF (793 Da) und Allura Red (496 Da) die jeweiligen Farbstoffe wirksam aus dem Speisewasser entfernt werden konnten.

Die Fotos in Abbildung 4 zeigen das gefärbte Speisewasser im Verhältnis zur visuellen Klarheit des Permeats, das nach dem Durchgang durch die De.mem NF-Membran keine visuelle Spur jedes Farbstoffs zeigt.

Die Wirksamkeit des Filtrationsprozesses insbesondere bei der Entfernung des sehr kleinen Allura-Rot-Farbstoffs beweist die überlegene Rückhalteleistung der neuen NF-Membran und ihre Fähigkeit, Partikel mit einem Molekulargewicht von nur 500 Da zu entfernen.

Bei allen Tests wurden die De.mem-Membranen unter einem niedrigen Betriebsdruck von 1,5 bar betrieben. Die meisten im Handel erhältlichen NF-Membranen, die für die gleiche Anwendung eingesetzt werden könnten, haben ein spiralförmig gewickeltes Format und benötigen zum Betrieb etwa 5 bar, wobei die Reinigungsmöglichkeiten begrenzt sind. Dies macht die NF-Membran hinsichtlich der Filtrationsleistung hochwirksam und reduziert gleichzeitig den Energieverbrauch und die Betriebskosten.

Mögliche Anwendungen für die De.mem-Hohlfaser-NF-Membran, die ein erhebliches kommerzielles Potenzial aufweist, liegen in der Farbstoffkonzentration, der Farbstoffrückgewinnung und der Abwasserbehandlung in Färbereien. Bei solchen Anwendungen können erhebliche Kosteneinsparungen durch einen geringeren Betriebsdruck und eine längere Lebensdauer erzielt werden, da die Reinigung durch Vorwärtsspülung und Luftspülung erleichtert werden kann. Dies macht die Technologie zu einer attraktiven Option für die Textilindustrie, für die die Abwasserbehandlung oft einen kritischen Engpass darstellt.

Mögliche Anwendung: Polierfiltrat nach UF-Vorbehandlung

Mit einem niedrigen MWCO von 500 Da kann die Hohlfaser-NF-Membran die Qualität des Filtrats aus einem UF-Prozess erheblich verbessern und so aufbereitetes Wasser von hohem Standard liefern.

Die NF-Membran wurde von De.mem in einer Fabrik im Lebensmittel- und Getränkesektor eingesetzt. Das Abwasser der Fabrik zeichnet sich durch einen relativ hohen chemischen Sauerstoffbedarf (CSB) aus. Die Abwasseraufbereitungsanlage setzte ursprünglich auf die UF-Membrantechnologie (entwickelt von einem anderen Unternehmen) und Aktivkohle, um den CSB zu reduzieren.

De.mem führte einen Pilotversuch durch, bei dem Permeat aus dem UF-Prozess als Zufuhr für die NF-Membran verwendet wurde, ohne dass vor der Entladung eine weitere Nachbehandlung mit Aktivkohle erforderlich war. Die relevanten Daten sind in zusammengefasstTisch 3.

Probe

Trübung (NTU)

Rohes Abwasser

76.1

Sed. Fil. Durchdringen

17.9

UF-Produkt (ext. Marke)

< 1

NF-Produkt (De.mem)

< 1

Tabelle 3. Zusammenfassung der Daten aus dem Pilotversuch zur Nanofiltration (NF) von De.mem, bei dem das Permeat aus einem Ultrafiltrationsprozess als Zufuhr für die NF-Membran verwendet wurde, ohne weitere Nachbehandlung mit Aktivkohle vor der Entladung.

Der Pilotversuch beweist, dass die De.mem NF-Membran den CSB effektiv auf weniger als 600 mg/l reduzieren konnte, wodurch das Wasser für die Einleitung in die Kanalisation geeignet ist (d. h. basierend auf den Einleitungsgrenzen von Singapur, wo die Fabrik arbeitet). basiert).

Dadurch werden die Betriebskosten des Aufbereitungsprozesses erheblich gesenkt, da häufige Wechsel der Aktivkohle vermieden werden.