Fachgebiet SiedlungswasserwirtschaftLeiter: Univ.-Prof. Dr.-Ing. F.-B. Frechen

Rotary International - ArbeitstagungFrankfurt, 27. Oktober 2007

Trinkwasserbereitstellung durch Membranfiltration für kleine Menschenansammlungen

in KatastrophenfällenRotary International – Arbeitstagung Initiativgruppe Wasser

Frankfurt, 27. Oktober 2007

Univ.-Prof. Dr.-Ing. Franz-Bernd Frechen, Kassel

Obmann des DWA-Fachausschusses KA-7 „Membranbelebungsanlagen“Vice-Chair, IWA Specialist Group „Membrane Technology“

Chair, CEN CEN/WS/34 “Submerged Membrane Bioreactor (MBR) Technology”

T_Rotary_2007-10-27_P - 2

Fachgebiet SiedlungswasserwirtschaftLeiter: Univ.-Prof. Dr.-Ing. F.-B. Frechen

Rotary International - ArbeitstagungFrankfurt, 27. Oktober 2007Worum geht es bei der Membrantechnik?

Oft besteht die Aufgabe, feinste Partikel aus Wässern zu entnehmen

Dies kann vorteilhaft durch eine mechanische Barriere in Form einer Membran erfolgen

Je kleiner die „Löcher“ in der Membran, desto besser der Feststoff-Rückhalt, desto günstiger die Wasserqualität des Filtrats, aber desto höher auch der notwendige Betriebsdruck

T_Rotary_2007-10-27_P - 3

Fachgebiet SiedlungswasserwirtschaftLeiter: Univ.-Prof. Dr.-Ing. F.-B. Frechen

Rotary International - ArbeitstagungFrankfurt, 27. Oktober 2007Membrantechnik – Basics

size of particles/molecules [µm]

pre

ssu

re [

bar

]

Viruses Bacteria

Salt Cryptosporidia

0.0001 0.001 0.01 0.1 1 100.1

1

10

100

200

filtration

micro-filtration

ultra-filtration

nano-filtration

reverse osmosis

Red blood cells

MWCO approx. 200 20 000 500 000 daltons

DIN filtration with 0.45 µm

T_Rotary_2007-10-27_P - 4

Fachgebiet SiedlungswasserwirtschaftLeiter: Univ.-Prof. Dr.-Ing. F.-B. Frechen

Rotary International - ArbeitstagungFrankfurt, 27. Oktober 2007Membrantechnik – Basics

Membran

T_Rotary_2007-10-27_P - 5

Fachgebiet SiedlungswasserwirtschaftLeiter: Univ.-Prof. Dr.-Ing. F.-B. Frechen

Rotary International - ArbeitstagungFrankfurt, 27. Oktober 2007Getauchte Membran – Plattenmodule

KubotaKubota

HuberHuber

Martin Martin SystemsSystems

BusseBusse

KubotaKubota

T_Rotary_2007-10-27_P - 6

Fachgebiet SiedlungswasserwirtschaftLeiter: Univ.-Prof. Dr.-Ing. F.-B. Frechen

Rotary International - ArbeitstagungFrankfurt, 27. Oktober 2007Getauchte Membran – Hohlfasermodule

Getauchte Module - Hohlfaser

Hohlfasermodul Zenon

Hohlfasermodul Mitsubishi RayonHohlfasermodul Koch Hohlfasermodul USFilters

T_Rotary_2007-10-27_P - 7

Fachgebiet SiedlungswasserwirtschaftLeiter: Univ.-Prof. Dr.-Ing. F.-B. Frechen

Rotary International - ArbeitstagungFrankfurt, 27. Oktober 2007Beispiel Trinkwasseraufbereitung

WasserwerkRoetgen/Aachen

Porenweite:20 Nano

Membranfläche:70.000 m2

Wassermenge:144.000 m3/d(Maximalleistung)

Nr.1 in D

Nr. 5 weltweit

T_Rotary_2007-10-27_P - 8

Fachgebiet SiedlungswasserwirtschaftLeiter: Univ.-Prof. Dr.-Ing. F.-B. Frechen

Rotary International - ArbeitstagungFrankfurt, 27. Oktober 2007Trinkwasser in Katastrophenfällen

Nach Naturkatastrophen steht häufig kein hygienisch unbedenkliches Trinkwasser zur Verfügung

Dann ist der Einsatz mobiler „Wasserwerke“ notwendig Anschwemmfilter

Membraneinheiten

Mikrofiltration (MF)

Ultrafiltration (UF)

Umkehrosmose „reverse osmosis“ (RO)

UV-Desinfektion

Chlorung

T_Rotary_2007-10-27_P - 9

Fachgebiet SiedlungswasserwirtschaftLeiter: Univ.-Prof. Dr.-Ing. F.-B. Frechen

Rotary International - ArbeitstagungFrankfurt, 27. Oktober 2007Mobiles Wasserwerk

Mobile Trinkwasserwerke für Not- und Katastrophenfälle benötigen Energie/Diesel

Chemikalien

GeschultesPersonal

Beispiel:Vorfilter+ UF+ RObis zu 4,5 m3/h

T_Rotary_2007-10-27_P - 10

Fachgebiet SiedlungswasserwirtschaftLeiter: Univ.-Prof. Dr.-Ing. F.-B. Frechen

Rotary International - ArbeitstagungFrankfurt, 27. Oktober 2007Die Herausforderung

Bei Katastrophen werden mobile Wasserwerke dort ein-gesetzt, wo viele betroffene Personen zu finden sind

Aber Bewohner kleiner Dörfer (z.B. <1.000 E) müssen ihr Trinkwasser von den mobilen Wasserwerke holen

Das geht nur, wenn diese nicht zu weit entfernt und noch erreichbar sind – das ist aber nicht immer der Fall .....

.... daher ist zusätzliche Hilfe nötig!

Am Fachgebiet Siedlungswasserwirtschaft der Universität Kassel haben wir daher mit Unterstützung der DBU einen Prototyp einer einfachen Membraneinheit entwickelt, die kleine Menschenansammlungen versorgen kann

T_Rotary_2007-10-27_P - 11

Fachgebiet SiedlungswasserwirtschaftLeiter: Univ.-Prof. Dr.-Ing. F.-B. Frechen

Rotary International - ArbeitstagungFrankfurt, 27. Oktober 2007

Notfallszenario– Lösungsansatz

Keine elektrische

Energie

transportation overland not

possible

Kein Fachpersonal

Keine Chemikalien

Selbsthilfe

Zeitdruck

Nutzung der Gravimetrie

Membranfiltration

Selbsthilfe ist möglich

Beschreibung über

Piktogramme

betriebsfertig gelagert

TransportproblemeAbsetzen aus

der Luft & tragbar

Notfallszenario und Lösungsansatz

T_Rotary_2007-10-27_P - 12

Fachgebiet SiedlungswasserwirtschaftLeiter: Univ.-Prof. Dr.-Ing. F.-B. Frechen

Rotary International - ArbeitstagungFrankfurt, 27. Oktober 2007

Notfallszenario– Lösungsansatz

Keine elektrische

Energie

transportation overland not

possible

Kein Fachpersonal

Keine Chemikalien

Selbsthilfe

Zeitdruck

Transportprobleme

Notfallszenario und Lösungsansatz

T_Rotary_2007-10-27_P - 13

Fachgebiet SiedlungswasserwirtschaftLeiter: Univ.-Prof. Dr.-Ing. F.-B. Frechen

Rotary International - ArbeitstagungFrankfurt, 27. Oktober 2007Getestete Membrantypen

T_Rotary_2007-10-27_P - 14

Fachgebiet SiedlungswasserwirtschaftLeiter: Univ.-Prof. Dr.-Ing. F.-B. Frechen

Rotary International - ArbeitstagungFrankfurt, 27. Oktober 2007Flux Tests

T_Rotary_2007-10-27_P - 15

Fachgebiet SiedlungswasserwirtschaftLeiter: Univ.-Prof. Dr.-Ing. F.-B. Frechen

Rotary International - ArbeitstagungFrankfurt, 27. Oktober 2007Ergebnisse

Kapillar- u. Flachmembranen getestet, Porenweite 100 nm

Hygienische Parameter E.Coli, Coliforme, Fäkalstreptokokken 0 in 100 ml

Hydraulische Leistungsfähigkeit keine chemische Reinigung nötig

Flux:

3 Tage lang über 30 L/(m2*h)

stabilisiert sich bei 10 L/(m2*h) für Wochen

bei 11 m2 Membranfläche und 24 h Dauerbetrieb und etwa5 Liter pro Mensch und Tag:

ausreichend für mind. 1.500 Menschen bis 3 Tage

ausreichend für mind. 500 Menschen für Wochen

T_Rotary_2007-10-27_P - 16

Fachgebiet SiedlungswasserwirtschaftLeiter: Univ.-Prof. Dr.-Ing. F.-B. Frechen

Rotary International - ArbeitstagungFrankfurt, 27. Oktober 2007Die Lösung – Prototyp

Keine beweglichen Teile, keine Energie, keine Chemikali-en nötig, von jedem betreibbar

T_Rotary_2007-10-27_P - 17

Fachgebiet SiedlungswasserwirtschaftLeiter: Univ.-Prof. Dr.-Ing. F.-B. Frechen

Rotary International - ArbeitstagungFrankfurt, 27. Oktober 2007Die Lösung – Prototyp

Keine beweglichen Teile, keine Energie, keine Chemikali-en nötig, von jedem betreibbar

T_Rotary_2007-10-27_P - 18

Fachgebiet SiedlungswasserwirtschaftLeiter: Univ.-Prof. Dr.-Ing. F.-B. Frechen

Rotary International - ArbeitstagungFrankfurt, 27. Oktober 2007

Keine beweglichen Teile, keine Energie, keine Chemikali-en nötig, von jedem betreibbar – auch von Analphabeten

Die Lösung – Prototyp

T_Rotary_2007-10-27_P - 19

Fachgebiet SiedlungswasserwirtschaftLeiter: Univ.-Prof. Dr.-Ing. F.-B. Frechen

Rotary International - ArbeitstagungFrankfurt, 27. Oktober 2007

Weiterentwicklung vom Prototyp zum einsatzfähigen Modul im Rahmen eines ca. 1½ -jährigen Forschungs-projektes, Kosten geschätzt ca. 500.000 € incl. Her-stellung des Spritzwerkzeuges (ca. 150.000 €), mit dem dann mind. 10.000 Einheiten gespritzt werden können

Danach kann die Produktion mit Hilfe des o.a. Werkzeuges gefertigt werden. Kosten ca. 700 €/Stück; Annahme: das Spritzwerkzeug wurde im Rahmen des o.a. FuE-Projektes erstellt und kann weiter genutzt werden

(Förderung von 50% durch die DBU?)

Wie weiter? Welche Kosten?

T_Rotary_2007-10-27_P - 20

Fachgebiet SiedlungswasserwirtschaftLeiter: Univ.-Prof. Dr.-Ing. F.-B. Frechen

Rotary International - ArbeitstagungFrankfurt, 27. Oktober 2007Wie weiter? Welche Kosten?

50.700

5.700

1.200800

25.700

3.200

950 750

100

1.000

10.000

10 100 1.000 10.000

Kost

en/S

tück

in €

Stückzahl

500 T€Grundkosten

250 T€ GK (250 T€Förderung DBU)

507570

1.200

4.000

257 320

950

3.750

0

1.000

2.000

3.000

4.000

5.000

10 100 1.000 10.000

Kost

en in

1.0

00 €

Stückzahl

500 T€Grundkosten250 T€ GK (250 T€Förderung DBU)

T_Rotary_2007-10-27_P - 21

Fachgebiet SiedlungswasserwirtschaftLeiter: Univ.-Prof. Dr.-Ing. F.-B. Frechen

Rotary International - ArbeitstagungFrankfurt, 27. Oktober 2007

www.uni-kassel.de\fb14\siwawiDie Folien dieses Vortrages werden in Kürze auf

zum Download bereitstehen