Effiziente Energieausnutzung in Membranbioreaktoren durch Einsatz eines innovativen Membranfilters - Verifizierung der Energieeinsparung im technischen Maßstab

Im Rahmen des DBU geförderten Projektes mit dem Titel „Effiziente Energieausnutzung in Membranbioreaktoren durch Einsatz eines innovativen Membranfilters - Verifizierung der Energieeinsparung im technischen Maßstab“ AZ 34834-02 wurde ein neuartiger Membranmodul mit JetSplash®-Technologie der Firma Membion GmbH erstmalig im technischen Maßstab auf der MBR-Demonstrationskläranlage in Simmerath getestet. Dabei war es das Ziel, die positiven Ergebnisse einer zuvor durchgeführten Pilotierung der neuartigen Belüftungstechnologie auf der Kläranlage Konzen insbesondere bezüglich des Energiebedarfs für die Modulbelüftung im technischen Maßstab zu verifizieren und ein Vergleich der beiden Modulsysteme mit und ohne JetSplash®-Belüftung zu dokumentieren.
Die erste Herausforderung des Vorhabens lag in der Konzeptionierung eines neuartigen Modul-Designs für eine sinnvolle und kompakte Etablierung der Membran- und Geysir-Elemente. Es erfolgte eine Optimierung des ursprünglichen Moduldesigns durch die Elimination der zuvor verwendeten, einzelnen Luft- und Permeatleitungen an den Membranelementen. Dies vereinfachte nicht nur den Aufbau und Einbau des Moduls vor Ort, sondern erleichterte ebenfalls den Zusammenbau der Membranelemente während der Produktion. Nach erster Funktionsprüfung des neuartigen Edelstahlrahmen, folgte die Umsetzung einer Serienproduktion der Membran- und Geysir-elemente. Dabei wurde die Herstellung der Membranfilter erstmalig in einer vollautomatischen 24/5 Produktion visualisiert und optimiert. Beide Aufgaben, die Konzeptionierung des neuartigen Moduldesigns sowie auch die automatisierte Produktion im 24/5 Betrieb der Membranblöckchen konnten zufriedenstellend umgesetzt werden.
Bei der Inbetriebnahme der Demonstrationsanlage in Simmerath traten zunächst einige Schwierigkeiten hinsichtlich der Steuerungstechnik zu Tage, die sich erst in einem Dauerbetrieb der Anlage bemerkbar machten. Eine besondere Herausforderung lag in der neuen Implementierung einer automatisierten Geysirpuls-Messung auf der Anlage sowie die Einbindung in die Steuerungstechnik. Es stellte sich heraus, dass durch Schieflage des Modulgestells eine ungleichmäßige Pulsation der Geysire stattfand. Eine waagerechte Ausrichtung des Edelstahlrahmens ist essenziell, um eine gleichmäßige Luftverteilung im Luftverteilkanal zu gewährleisten.
Bei dem danach realisierten Betrieb des ersten technischen Moduls MSG-500 zeigte sich erfreulicher Weise, dass die Verifizierung der Energieeinsparung auch im technischen Maßstab erreicht werden konnte: nach kurzer Einfahrphase wurde eine Energieeinsparung von bis zu 70 % für die Modulbelüftung erreicht bezogen auf den als Referenzwert zugrunde gelegten optimierten Energiebedarf für die Modulbelüftung auf der Kläranlage Kaarst-Nordkanal von 0,19 kWh/m³. Dieser Wert entstammt dem Ende 2015 veröffentlichten Abschlussbericht eines Projekts, das im Rahmen eines BMU-Innovationsprogramms gefördert wurde. Vergleichend zu den Plattenmodulen auf der MBR-Anlage Konzen wird im technischen Maßstab eine Energieeinsparung von bis zu 90 % erreicht.
Interessant an den hier dargestellten Ergebnissen mit „JetSplash“-Technologie ist, dass die größte Energieeinsparung nicht wie im Falle der Energie-Optimierung in Kaarst bei den höchsten Durchsatzleistungen liegt, sondern dass die Energieeinsparung über den kompletten Betriebsbereich der Membranfilter in der gleichen Größenordnung liegt und bei geringeren Durchsatzleistungen sogar noch geringfügig steigt. Dies kommt dem üblichen Betrieb kommunaler Kläranlagen sehr entgegen, da dann die Chance besteht, die Membranen tatsächlich zulaufproportional zu fahren und dabei insgesamt in einem sehr günstigen Energiebereich zu liegen.