Konzeption, Realisierung und Simulation einer Ultrafiltrationsanlage mit solarer Energieversorgung zur Trinkwassergewinnung:
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| Format: | Thesis Book |
| Language: | German |
| Published: |
Düsseldorf
VDI-Verl.
2006
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| Edition: | Als Ms. gedr. |
| Series: | Fortschritt-Berichte VDI
Reihe 3, Verfahrenstechnik ; 862 |
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Inhaltsverzeichnis
Formelzeichen, Indizes, Abkürzungen V
1. Einleitung und Motivation 1
2. Aufgabenstellung und Zielsetzung 4
3. Mikrobiologische Anforderung an das Trinkwasser 5
3.1 Grenzwerte nach WHO Guidelines for drinking water quality 5
3.2 Grenzwerte nach der deutschen Trinkwasserverordnung 6
3.3 Desinfektionsverfahren 6
3.3.1 Bakterienabtötung durch Zugabe von Chemikalien 7
3.3.2 Bakterienabtötung durch UV Licht 9
3.4 Vermehrung von Bakterien 10
4. Ultrafiltration von Oberflächenwasser 11
4.1 Grundlagen der Querstrom Ultrafiltration 11
4.2 Aufbau von UF Membranen 12
4.3 Modultypen 15
4.4 Transportmodelle bei der Ultrafiltration 19
4.4.1 Film Modell 22
4.4.2 Modell des osmotischen Drucks 23
4.4.3 Gelschicht Modell 24
4.4.4 Widerstandsmodelle 24
4.4.5 Empirische Widerstandsmodelle 26
4.4.6 Modelle für Partikel und Kolloide 27
4.5Fouling 29
4.5.1 Fouling durch Adsorption organischer Stoffe 29
4.5.2 Kolloidales Fouling 30
4.5.3 Biofouling 30
4.5.4 Gegenmaßnahmen 31
5. Experimentalprogramm 36
5.1 Anlagenbeschreibung 36
5.1.1 Standort der Versuchsanlagen 36
5.1.2 Aufbau der „solaren UF Anlage Variante 1 39
5.1.3 Aufbau der „solaren UF Anlage Variante 2 43
5.1.4 Vergleich der beiden Varianten 46
5.1.5 Solarpumpensysteme 47
1
IV
5.1.6 Membranmodul 51
5.1.7 Messdatenerfassung 56
5.2 Ergebnisse 59
5.2.1 Betriebsverhalten der „solaren UF Anlage Variante 1 59
5.2.2 Betriebsverhalten der „solaren UF Anlage Variante 2 61
5.2.3 Betriebsperioden 66
5.2.5 Rückhahevermögen der Membran 74
5.3 UV Entkeimung des Permeats im Sammelbehälter 77
5.3.1 Anlagenbeschreibung 78
5.3.2 Ergebnisse 83
5.3.3 Schlussfolgerungen aus den Bestrahlungsversuchen. 87
5.4 Integrität der Membrananlage 88
6 Simulation 90
6.1 Elektrische Leistung 90
6.2 Ermittelung des Betriebspunktes 91
6.3 Simulation der Ultrafiltration 93
6.4 Programmablauf 96
6.5 Ergebnisse 98
6.5.1 Simulation der Einstrahlung 98
6.5.2 Simulation der Pumpe 102
6.5.3 Simulation der Anlagenkennlinie 106
6.5.4 Simulation des Permeatvohimenstroms 110
6.5.5 Simulation der gesamten Anlage 116
7 Kosten 120
7.1 Investitionskosten 120
7.2 Betriebskosten 121
7.3 Erzielbare Trinkwassermenge 122
7.4 Wasserkosten 123
8. Zusammenfassung und Ausblick 124
Anhang 126
A Berechnungsformeln für die Bakterienkonzentration in einer Batchkultur 126
B Berechnungsformeln für die Solarenergie 128
C Berechnungsformeln für die Kennlinie einer Radialradkreiselpumpe 136
D Berechnungsformeln für die Anlagenkennlinie 139
Literaturverzeichnis 141
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III
Inhaltsverzeichnis
Formelzeichen, Indizes, Abkürzungen V
1. Einleitung und Motivation 1
2. Aufgabenstellung und Zielsetzung 4
3. Mikrobiologische Anforderung an das Trinkwasser 5
3.1 Grenzwerte nach "WHO Guidelines for drinking water quality" 5
3.2 Grenzwerte nach der deutschen Trinkwasserverordnung 6
3.3 Desinfektionsverfahren 6
3.3.1 Bakterienabtötung durch Zugabe von Chemikalien 7
3.3.2 Bakterienabtötung durch UV Licht 9
3.4 Vermehrung von Bakterien 10
4. Ultrafiltration von Oberflächenwasser 11
4.1 Grundlagen der Querstrom Ultrafiltration 11
4.2 Aufbau von UF Membranen 12
4.3 Modultypen 15
4.4 Transportmodelle bei der Ultrafiltration 19
4.4.1 Film Modell 22
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4.4.5 Empirische Widerstandsmodelle 26
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4.5.1 Fouling durch Adsorption organischer Stoffe 29
4.5.2 Kolloidales Fouling 30
4.5.3 Biofouling 30
4.5.4 Gegenmaßnahmen 31
5. Experimentalprogramm 36
5.1 Anlagenbeschreibung 36
5.1.1 Standort der Versuchsanlagen 36
5.1.2 Aufbau der „solaren UF Anlage" Variante 1 39
5.1.3 Aufbau der „solaren UF Anlage" Variante 2 43
5.1.4 Vergleich der beiden Varianten 46
5.1.5 Solarpumpensysteme 47
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IV
5.1.6 Membranmodul 51
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5.2.3 Betriebsperioden 66
5.2.5 Rückhahevermögen der Membran 74
5.3 UV Entkeimung des Permeats im Sammelbehälter 77
5.3.1 Anlagenbeschreibung 78
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5.3.3 Schlussfolgerungen aus den Bestrahlungsversuchen. 87
5.4 Integrität der Membrananlage 88
6 Simulation 90
6.1 Elektrische Leistung 90
6.2 Ermittelung des Betriebspunktes 91
6.3 Simulation der Ultrafiltration 93
6.4 Programmablauf 96
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6.5.1 Simulation der Einstrahlung 98
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6.5.3 Simulation der Anlagenkennlinie 106
6.5.4 Simulation des Permeatvohimenstroms 110
6.5.5 Simulation der gesamten Anlage 116
7 Kosten 120
7.1 Investitionskosten 120
7.2 Betriebskosten 121
7.3 Erzielbare Trinkwassermenge 122
7.4 Wasserkosten 123
8. Zusammenfassung und Ausblick 124
Anhang 126
A Berechnungsformeln für die Bakterienkonzentration in einer Batchkultur 126
B Berechnungsformeln für die Solarenergie 128
C Berechnungsformeln für die Kennlinie einer Radialradkreiselpumpe 136
D Berechnungsformeln für die Anlagenkennlinie 139
Literaturverzeichnis 141 |
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