Trinkwasserbereitstellung durch Membranfiltration für kleine Menschenansammlungen in Katastrophenfällen Rotary 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”

Worum 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

Membrantechnik – Basics Viruses Bacteria Salt Cryptosporidia Red blood cells MWCO approx. 200 20 000 500 000 daltons 200 100 reverse osmosis nano- filtration pressure [bar] 10 DIN filtration with 0.45 µm ultra-filtration micro-filtration 1 filtration 0.1 0.0001 0.001 0.01 0.1 1 10 size of particles/molecules [µm]

Membrantechnik – Basics

Getauchte Membran – Plattenmodule Martin Systems Kubota Kubota Huber Busse

Getauchte Membran – Hohlfasermodule Getauchte Module - Hohlfaser Hohlfasermodul Zenon Hohlfasermodul Mitsubishi Rayon Hohlfasermodul Koch Hohlfasermodul USFilters

Beispiel Trinkwasseraufbereitung Wasserwerk Roetgen/Aachen Porenweite: 20 Nano Membranfläche: 70.000 m2 Wassermenge: 144.000 m3/d (Maximalleistung) Nr.1 in D Nr. 5 weltweit

Trinkwasser 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

Mobile Trinkwasserwerke für Not- und Katastrophenfälle benötigen Mobiles Wasserwerk Mobile Trinkwasserwerke für Not- und Katastrophenfälle benötigen Energie/Diesel Chemikalien Geschultes Personal Beispiel: Vorfilter + UF + RO bis zu 4,5 m3/h

Die 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

Notfallszenario und Lösungsansatz Keine elektrische Energie Nutzung der Gravimetrie Transportprobleme Absetzen aus der Luft & tragbar transportation overland not possible Keine Chemikalien Membranfiltration Notfallszenario– Lösungsansatz Selbsthilfe ist möglich betriebsfertig gelagert Kein Fachpersonal Zeitdruck Beschreibung über Piktogramme Selbsthilfe

Notfallszenario und Lösungsansatz Keine elektrische Energie Transportprobleme transportation overland not possible Keine Chemikalien Notfallszenario– Lösungsansatz Kein Fachpersonal Zeitdruck Selbsthilfe

Getestete Membrantypen

Flux Tests

Kapillar- u. Flachmembranen getestet, Porenweite 100 nm Ergebnisse 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 etwa 5 Liter pro Mensch und Tag: ausreichend für mind. 1.500 Menschen bis 3 Tage ausreichend für mind. 500 Menschen für Wochen

Die Lösung – Prototyp Keine beweglichen Teile, keine Energie, keine Chemikali-en nötig, von jedem betreibbar

Die Lösung – Prototyp Keine beweglichen Teile, keine Energie, keine Chemikali-en nötig, von jedem betreibbar

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

Wie weiter? Welche Kosten? 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?

Die Folien dieses Vortrages werden in Kürze auf zum Download bereitstehen www.uni-kassel.de\fb14\siwawi