Acta hydrochim. hydrobiol. 14 (1986) 5, 561-554

INFORMATIONEN KURZE MITTEILUNGEN

I. DOBREVSHI, V. MAVROV und S. PAVLOVA

Lehrstuhl ,,Wassertechnologie" der Chemisch-Technologischen Hochschule, Burgas

Einsatzmoglichkeiten von Membranprozessen zur Beseitigung organischer Substanzen aus naturlichen Wassern

Summary: Membrane-filtrrttion or dialysis techniques are increasingly used for the partial desalting of waters, e.g. brackish waters. By the use of Bulgarian PAN and acetate-cellulose separating membranes there are eliminated also organic substances-inclusive of humic matter- from natural waters to different degrees. The experimental arrangement is described and the meas- ured results for COD-Mn, concentrations of humic acid and specific electrolytic conductivity are summarized in tables. The humic acid concentration (2.8 mg/l) was reduced by about 79 O/o

by ultrafiltration, 82 O/,, by reverse osmosis and 62 O/o by electrodialysis. The efficiency of the investigated techniques could be increased under certain conditions.

In den letzten Jahren finden Membranprozesse wie Umkehr-Osmose, Ultrafiltration oder Elektrodialyse i n steigendem Mafle Einsatz bei der Wasserentsalzung fiir die Trink- und Brauchwasserversorgung, bei der Gewinnung von besonders reinem Wasser fur die Halbleiterindustrie, von apyrogenem Wasser fur pharniazeutische Zwecke sowie bei der Aufbereitung verschiedener Arten von Abwiissern ( NIKOLAEV ; AL-CHO- LAIKAH ; QUIN; ROVEL ; MARQUARDT; KREMEN).

Zum Einsatz von Membranprozessen in der Wassertechnologie sind in der Literatur nur wenige Angaben iiber das Verhalten echt oder kolloidal geloster organischer Sub- stanzen in den aufzubereitenden natiirlichen Wassern zu finden. Fur die Erweiterung des Kenntnisstandes auf diesem Gebiet wurden Versuche durchgefiihrt.

Als Untersuohungsmedium wurde Wasser eines Stausees verwendet, das nach ent- sprechender Aufbereitung vorwiegend zur Deckung des Trink- und Industriewasser- bedarfes einer Stadt dient. Die Beschaffenheit des der Trinkwasserleitung entnomme- nen Wassers, m,it dem die Versuche durchgefuhrt wurden, ist aus Tab. 1 ersichtlich.

Das Schema der Anlage fur die Durchfiihrung der Umkehr-Osmose und Ultra- filtration ist in Abb. 1 dargestellt.

Der Ultrafiltrationsprozefl erfolgte mit Hilfe bulgarischer PAN-Membranen rnit Porengroflen von (145 ... 165) . 10-10 m und die Umkehr-Osmose mit bulgarischen Acetatcellulosemembranen (beide hergestellt nach einem von A. DIMOV und Mitarb. entwickelten Verfahren, Chemisch-Technologische Hochschule, Burgas [DIMOV]).

Bei der Ultrafiltration wurden der CSV-Mn und die Huminsiiurekonzentrrttion im Filtrat mit dem Rohwasser verglichen, wobei versohiedene Arbeitsdriicke bzw. unterschiedliche Filtratausbeute bei konstanter Temperatur (20 "C) und DurchfluB- menge des verwendeten Rohwassers verwendet wurden. Die Ergebnisse enthiilt Tab. 2.

Bei der Umkehr-Osmose wurde aul3er der Veriinderung des CSV-Mn und der Humin- siiurekonzentration im F'iltrat (Permeat) auch die Veranderung der spezifischen

55 2 DOBREVSPI, M A V R O ~ , PAVLOVA: Membranprozesse zur Beseitigung org. Substanzen

Tabelle 1. Trinkwasserzusammensetzung in der Stadt Burgas Table 1. Composition of the drinking water of the city Burgas

KenngroBe Wert

spez. elektrolyt. Leitfiihigkeit, pslcm 280 Gesamthiirte, mmol/l 1,55 Kalzium, mg/l 53,l Magnesium, mg/l 5,4 m-Wert, mmol/l 2,5 Sulfat, mg/l 9,5 Chlorid, mg/l 14,4 Chem. Sauerstoffbedarf, (CSV-Mn) mg/l 2,05 Chem. Sauerstoffbedarf, (CSV-Cr) mg/l 6,OO Huminsiiuren, mg/l 2,75

Wosser HCl I r _ _ _ _

+ 7 1 2 3 ' 4 5 6

Produk t Abb. 1. Schema der Anlage fur die membrantechnische Wasserbehandlung 1 : Reservoir; 2: Zentrifugalpumpe; 3 : Wiirmeaustauscher; 4: Schutzfilter; 5: Rotameter; 6: Kolbenpumpe; 7: Membranmodul (Ultrafiltration oder Umkehr-Osmose); 8: Reduzierventil; Fig. 1. Schematic drawing of the plant for the membrane-technological water treatment 1: reservoir; 2: centrifugal pump; 3: heat exchanger; 4: protective filter; 5: rotameter; 6: piston pump; 7: membrane modulus (ultrafiltration of reverse osmosis); 8 : reducing valve;

Tabelle 2. Unterauchungsergebnisse der Ultrafiltration Table 2. Results of investigation for ultrafiltration

Arbeitsdruck Filtratausbeute Eliminationseffekt (%) MPa m3/m2 - d

0 3 1,52 27,2 68,O 0,4 1,58 29,4 73,2 0,6 1,72 31,2 75,6 078 2,06 39,4 76,6 190 2,45 41,2 78,6

CSV-Mn Huminsiiuren

elektrolytischen Leitfiihigkeit genlessen. Die ProzeBfiihrung erfolgte bei verschiedenen Arbeitsdriicken (von 2 bis 5 MPa) bzw. unterschiedlichen Permeatausbeuten. Die Wassertemperatur betrug 20 "C; durch HC1-Zugabe wurde ein pH-Wert von 6,O bis 6,5 aufrechterhalten. Die Ergebnisse sind in Tab. 3 zusammengestellt.

Acta hydrochim. hydrobiol. 14 (1986) 5 553

Tabelle 3. Untersuchungsergebnisse der Umkehr-Osmose Table 3. Results of investigation for reverse osmosis

Arbeitsdruck Permeatausbeute Eliminationseffekt ( O i 0 )

MPa spezif. Leit- CSV-Mn fahigkeit

Huminsauren

~~~~ ~

2 8 0,78 72,3 88,7 62,3 3,o 1 ,oo 77,6 72,s 80,3 4,o 1,32 81,9 73,6 81,8 5,o 1,60 83,2 743 82,3

Die Versuche zur elektrodialytischen Demineralisierung des untersuchten Wassers erfolgten an einer industriemafiigen Elektrodialyseanlage EDU-NJJPM-25 (UdSSR), die mit heterogenen Ionenaustauschmembranen MK-40 und MA-40 ausgestattet war. Die Versuche verliefen nach folgenden Arbeitsregimes der Anlage : DurchfluBmenge des die Entsalzungs- und Konzentrierungszellen speisenden Wassers 0,28 ; 0,42 ; 0,58 mYh; Arbeitsspannung jeweils 100; 200; 300; 400 V.

Bei jedem Regime wurde die Veranderung der spezifischen elektrolytischen Leit- fahigkeit, des CSV-Mn und der Huminsaurekonzentration verfolgt (Tab. 4).

Tabelle 4. Untersuchungsergebnisse der Elektrodialyse Table 4. Results of investigation for electrodialysis

Ausbeute an Arbeitsspannnng Eliminationseffekt (%) demineralis. Wasser m3/h V

speeif. Leit- CSV-Mn HuminsBuren fiihigkeit

0,28 100 86,O 15,7 45,3 20 3 96,O 37,2 53,4 300 97,2 49,7 61,5 400 97,l 49,6 61,6

0,42

0,58

100 63,l 13,4 31,4 200 81,4 22,9 32,4 300 85,8 25,l 39,2 400 84,3 23,9 45,4

100 49,8 493 10,4 200 65,5 14,6 12,6 300 76,4 28,3 18,8 400 81,4 28,3 18,8

Aus den angefuhrten Versuchsergebnissen folgt, daS bei der Ultrafiltration, der Umkehr-Osmose und der Elektrodialyse eine bedeutende Verminderung des CSV-Mn und der Huminsaurekonzentration im Filtrat bzw. im Permeat und im deminerali- sierten Wasser stattfindet.

Bei entsprechend gewahlten ProzeSbedingungen 1aSt sich eine starke Verminderung der organischen Inhaltsstoffe erzielen, so daS die betrachteten Membranprozesse

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eine technologische Alternative zu den bisher zu diesem Zwecke eingesetzten Sorp- tionsprozessen bilden.

DOBREVSKI, MAVROV, PAVLOVA: Membranprozesse zur Beseitigung org. :SubstanZen

Aus den Untersuchungen ergibt sich:

- mittels Ultrafiltration mit flachen PAN-Membranen werden bei einem Arbeitsdruck von 1,O MPa beziiglich des CSV-Mn und der Huminstiurekonzentration Reinigungseffekte von 41,2 bzw. 78,6 o/o erzielt (Tab. 2) ; - mittels Umkehr-Osmose mit flaehen Acetatcellulosemembranen werden bei einem Arbeitsdruek von 5,O MPa (Entsalzungseffekt 83,2 O/o) der CSV-Mn und die Huminstiurekonzentration urn 74,9 bzw. 82,3 oio verringert (Tab. 3); - mittels Elektrodialyse werden bei entsprechendem Arbeitsregime (300 V und Ausbeute an demineralisiertem Wasser 0,28 m3/h) 49,7 O/o des CSV-Mn und 61,5 O/o der Huminsaurekonzentra- tion vermindert (Tab. 4).

Die erzielten Ergebnisse sind nicht als Hochstwerte anzusehen. Bei einer Reihe von Membrantypen fur die Ultrafiltration und die Umkehr-Osmose ist eine noch bessere Beseitigung der organisohen Inhaltsstoffe aus dem behandelten Rohwasser zu erwar- ten. Zur Zeit laufen Versuche zur genaueren Bestimmung der Beseitigung organischer Substanzen aus natiirlichen Wassern, wobei auch andere Membrantypen zum Einsatz kommen und gleichzeitig eine neue, empfindlichere Methode zur Bestimmung der Konzentration organischer Substanzen, die direkte Bestimmung des gesamten organi- schen Kohlenstoffes, TOG-Methode (ANONYM.), Verwendung findet. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sind Gegenstand einer zukiinftigen Mitteilung.

Literatur

AL-CHOLAIKAH, A., W. EL-RAMLY, J. JAMJOOM and R. SEATON: The World’s First Large Seawater

ANONYMOUS: Automatic Carbon Analyzer in Water - TCM-400/P - Carlo Erba Strumentasione,

DIV, A. D., und ST. PETROV: Patent-Urheberschrift Nr. 33 312, 12. 04. 1981, VR Bulgarien. KREMEN, S. S. : Reverse Osmosis Makes High Quality Water Now. Environ., Sci. and Technol. 9,

MARQUARDT, K.: Erfahrungen mit der Umkehr-Osmose in der Reinstwasseraufbereitung, Chem.

NIROLAEV, N. I.: Diffusija v Membranach. Moskva, Verl. Chimija, 1980. QUINN, R. M., and W. K. HENDERSHAW: A Comparison of Current Membrane Systems Used in

ROVEL, J. M.; Sea Water Desalination by Reverse Osmosis -. Desalination (New York) 14 (1974)

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Milano, 1978.

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N1, 21-31.

Manuakripteingang: 10. 4. 1985.

Anschrift des verantwortlichen Verfasaers :

Prof. Dr. I. D. DOBREVSKI, Chemisch-Teehnologische Hochschule, Lehrstuhl f. Wassertechnologie, BG-8010 Burgas.