Wasser- und Abwassertechnologie

Industrielle Prozesswässer

Anforderungsspezifische Systeme für die Aufbereitung industrieller Ab- und Prozesswässer – das Fraunhofer IKTS unterstützt bei der Entwicklung geeigneter Strategien zur Kreislaufschließung und Wertstoffrückgewinnung.

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Membranteststand.

Lösemittelreinigung

 

Bei Produktionsprozessen in der chemischen und pharmazeutischen Industrie können verunreinigte, organische Lösungs­mittel anfallen, die für eine Wiederverwendung gereinigt werden müssen. Weiterhin wird eine Rückgewinnung von Homogenkatalysatoren auf Grund ihrer Knappheit und des hohen Preises der Edelmetalle immer interessanter. Beide Prozesse werden derzeit über Destillationsverfahren umgesetzt. Da diese Verfahren mit hohen Energiekosten verbunden sind, werden ökologisch und ökonomisch nachhaltige Alternativen benötigt.

Als eine Verfahrensalternative oder Ergänzung kann eine Filtrationsstufe mit organophilen Nanofiltrations­membranen verwendet werden. Dies ermöglicht die Rückgewinnung eines Großteiles der Wertstoffe über ein druckgetrie­benes, physikalisches Verfahren und somit ohne externe Heiz- oder Kühlenergie. Aufgrund ihrer Beständigkeit in organischen Lösungsmitteln bieten sich keramische Membranen als Entwicklungsgrundlage für solche Verfahren an. Ein Vorteil des Fraunhofer IKTS besteht in der Möglichkeit, kundenspezifische Membranen zu entwickeln und zu modifizieren.

 

Vorteile:

  • Energiesparende Alternative zur Kristallisation und Rektifikation
  • Kein Phasenwechsel notwendig
  • Neben- bzw. Zersetzungsreaktionen signifikant reduziert (geringe thermische Belastung)
  • Verzicht auf Additive
  • Hohe chemische und thermische Beständigkeit der keramischen Membrane
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Filtrationsmodul mit keramischen Membranen.

Laugenrecycling

 

Die Effizienz eines industriellen Reinigungsschrittes ist immer auch abhängig vom Reinheitsgrad des eingesetzten Mediums selbst. Darum ist es sinnvoll, die vom Reinigungsmittel aufgenommenen Verunreinigungen abzutrennen, um die Reinigungswirkung auf konstant hohem Niveau zu halten. Eines der wichtigsten Reinigungsmedien in der Industrie, sicher mit Schwerpunkt in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie, ist heiße Lauge. Bei der Laugenreinigung müssen Verunreinigungen wie Farbe, CSB und Partikel aber auch gebildete Carbonate entfernt werden. Mit Hilfe der hier vorgeschlagenen Prozessstufe kann das Laugenrecycling verbessert und die Zugabe von Additiven minimiert werden.

Aufgrund der hohen chemischen und thermischen Anforderungen bieten keramische Membranen hier einen Vorteil gegenüber von Polymermembranen. Darüber hinaus lassen sich mit keramischen Membranen auch kompaktere Anlagen realisieren, da sie bei gleicher Fläche eine höhere Filterleistung als Polymermembranen bieten. Das Fraunhofer IKTS bietet kundenspezifische Membranentwicklungen bzw. -modifikationen an.

 

Vorteile:

  • Reduktion von Frischlauge und Einsparung von Additiven
  • Minimierung von Verschleppungen in nachgeschaltete Prozessstufen
  • Erhöhung der Membranstandzeiten bei Verwendung keramischer Membranen
  • Ggf. minimierter Flächenbedarf (im Vergleich zu Polymermembranen) bei Verwendung keramischer Membranen
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Elektrochemische Gewinnung von Selten-Erd-Verbindungen aus Displayfolien.

Wertstoffrückgewinnung

 

Auf Grundlage der umfangreich vorhandenen technologischen Kompetenz werden Verfahren zur Wertstoffrückgewinnung aus Abwässern und flüssigen Prozessmedien sowie aus sekundären und nicht-konventionellen Rohstoffquellen entwickelt. Das Fraunhofer IKTS bildet die gesamte nasschemische Prozesskette von der Extraktion (Laugung) aus Feststoffen über die Anreicherung durch membrangestützte Extraktionsverfahren bis hin zum reinen Metall oder Zielprodukt ab. Dabei kommen bevorzugt elektrochemische Prozesse zum Einsatz, aber auch Verfahrenskombinationen mit Extraktionsprozessen. Selbstverständlich gehören die entsprechende Chemikalienrückgewinnung und Abwasserbehandlung auch zum Portfolio.

Umfangreiche Erfahrungen bestehen in der Gewinnung von Selten-Erd-Konzentraten aus sekundären Rohstoffquellen, in der Reindarstellung verschiedener Selten-Erd-Verbindungen sowie in der Gewinnung von Sonder- und Edelmetallen (Indium, Gallium, Tellur, Silber, Palladium, Platin, Rhodium) aus Schrotten oder Haldenmaterial. Eine nicht-konventionelle Ressource stellen thermale Tiefenwässer dar, aus denen sich standortabhängig viele wichtige Rohstoffe extrahieren lassen.

 

Vorteile:

  • Umfassende technologische Kompetenz zu Membran- und elektrochemischen Verfahren
  • Breites Erfahrungsspektrum in chemisch-stofflicher Hinsicht (Seltene Erden, Sondermetalle, Edelmetalle)
  • Kurzfristig verfügbare Technikumsanlagen für Verfahrensentwicklung und -optimierung
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Laborversuchsstand für C-14-Totaloxidation.

Behandlung radioaktiver Abwässer

 

In vielen Bereichen der Wirtschaft fallen radioaktiv kontaminierte Abwässer an, die behandelt werden müssen, um die Freisetzung radioaktiver Stoffe in die Umwelt zu verhindern. Um schwierig zu handhabende C-14-haltige flüssige organische Abfälle aufbereiten zu können, hat das Fraunhofer IKTS ein Verfahren zur elektrochemischen Totaloxidation weiterentwickelt. Damit kann der in den organischen Stoffen gebundene radioaktive Kohlenstoff (C-14) auf verfahrenstechnisch relativ einfache Weise in endlagerfähige Erdalkalicarbonate überführt werden.

Das elektrochemische Totaloxidationsverfahren ist auch für die Beseitigung vieler anderer hochpersistenter organischer Schadstoffe geeignet, so z. B. zur Beseitigung kanzerogene Verbindungen wie Nitroaromaten oder endokriner Substanzen. Bei entsprechender Prozessführung ist es allen derzeit etablierten Verfahren in der Reinigungsleistung überlegen. Auch bei der Gewinnung bestimmter Rohstoffe (Seltene Erden, Niob/Tantal, Coltan u. a.) sowie bei der Nutzung von Erdwärme kommt es zur Anreicherung von natürlich vorhandenen Radionukliden der Uran- und Thoriumzerfallsreihen, welche mittels entsprechender elektrochemischer Verfahren abgetrennt werden können.

 

Vorteile:

  • Einfache Erzeugung endlagerfähiger C-14-Carbonate
  • Behandlung zündfähiger und/oder aggressiver organischer Abfälle
  • Anwendung für ein breites Spektrum von Stoffen
  • Effiziente Abtrennung geogener Nuklide mittels elektrochemischer Verfahren
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Funksensorknoten für die Anlagenüberwachung.

Anlagenmonitoring

 

Das sach- und fachgerechte Bewerten einer Anlage bzw. einer Anlagenkomponente bezüglich ihres Betriebs­verhaltens beschreibt der Begriff des Anlagenmonitorings. Es stellt die Grundlage zur Prozess­optimierung dar und dient zur Identifizierung von Betriebsproblemen und deren Behebung. Die vom Fraunhofer IKTS entwickelten, gebauten und eingesetzten Forschungsanlagen bieten alle Möglichkeiten der Prozessentwicklung und Optimierung vom »Proof of Principle« bis in den Pilotmaßstab.

Während des Anlagenbetriebes können mithilfe applizierter Sensorsysteme Defekte und materialbedingte Ermüdungserscheinungen frühzeitig erkannt werden. Die Zustandsüberwachung von Rohrleitungen, Tanks sowie zahlreichen Produktionsprozessen erhöht die Anlagenverfügbarkeit und -sicherheit und trägt somit maßgeblich zur Senkung der Betriebskosten bei.

 

Vorteile:

  • Diagnostisch gestütztes Basic Engineering wie z. B. Auslegung von Wärmetauschern, Pumpen, etc.
  • CFD-gestützte Komponentenentwicklung (z. B. Module, Gehäuse, Wärmetauscher, etc.)
  • Langzeit-Monitoring von Prozessen mit Hilfe von Versuchsanlagen (Labor- und/oder Feldaufbauten)
  • Erhöhte Anlagenverfügbarkeit und -sicherheit  durch Zustandsüberwachung (Condition Monitoring)