Ganzheitlicher Ansatz zur Konzeptentwicklung und -validierung für eine Anlage zur Meerwasserentsalzung mittels Membrandestillation

Die industrielle Anwendung von Membrandestillation (MD) am Beispiel der Meerwasserentsalzung stand im Fokus dieser Arbeit. Durch die strukturierte und konsequente Umsetzung verschiedener Versuchsanlagen konnten wichtige Erkenntnisse für den industriellen Betrieb von MD-Anlagen gewonnen werden. Neben der Entwicklung neuartiger DCMD-Module wurde auch ein Anlagenkonzept vorgeschlagen und umgesetzt, welches die Wärmerückgewinnung und die Steigerung der Ausbeute möglich macht.

Bevor jedoch eine MD-Anlage gebaut werden kann, ist es zwingend erforderlich die Einflüsse in diesem Prozess auf Material- und Modulebene zu verstehen. Hierfür wurde die verwendete Membran und der Spacer im Rahmen der Materialcharakterisierung näher beschrieben, sowie Einflüsse der Materialeigenschaften auf den MD-Prozess untersucht. Außerdem wurden Einflussfaktoren bei der Modulauslegung und dem Betrieb von MD diskutiert und damit verbundene Anforderungen für die spätere Konzeptentwicklung abgeleitet. Nach Abschluss dieser Betrachtungen wurden experimentelle Untersuchungen an einer Technikumsanlage durchgeführt. Für das MD-Modul wurden im Technikum experimentell die Einflüsse durch Modulauslegung und Betriebsparameter auf die charakteristischen Kenngrößen detailliert untersucht und bewertet.

Anschließend wurde im konsequent darauffolgenden Schritt eine MD-Anlage betrieben. Hierbei bildeten die zuvor durchgeführten Untersuchungen eine zwingend notwendige Grundlage für die Konzeptionierung dieser Anlage. In dieser Feldversuchsanlage konnten PGMD-Module im kontinuierlichen Langzeitbetrieb erfolgreich getestet werden. Außerdem ermöglichte die Anlage die Betrachtung der über das MD-Modul hinausgehenden Peripherie und den Betrieb mit Meerwasser. Alles in allem lieferte diese Anlage wichtige Erkenntnisse bezüglich des Betriebs einer MD-Anlage, jedoch zeigte sich auch die zwingende Notwendigkeit einer Neukonstruktion der MD-Module und einer Verbesserung des Anlagenkonzepts.

Daher wurde ein strukturiertes Konzept für eine neuartige vorindustrielle Anlage entwickelt. Hierbei wurden eine Wärmerückgewinnung und eine Retentatrückführung vorgesehen. Die verwendeten DCMD-Module wurden eigens für die vorab festgelegten Anforderungen der Anlage konstruiert. Mit Hilfe eines in Matlab entwickelten Simulationsmodells wurden Simulationsstudien durchgeführt, um den Einfluss der Wärmerückgewinnung und der Retentatrückführung bewerten zu können. Durch das Betreiben der Anlagen unter realen Gesichtspunkten konnten erfolgreich Rückschlüsse auf die Leistungsfähigkeit des MD- Prozesses gezogen werden.