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UmweltverfahrenstechnikHighRec

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HighRec – High Recovery brackish water desalination

Erhöhung der Nutzungseffizienz in der Brackwasserentsalzung für landwirtschaftliche Anwendungen

 

  • Finanzierung: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
  • Laufzeit: Juli 2021 – Juli 2024
  • Projektleitung: Prof. Dr.-Ing. Sven-Uwe Geißen
  • Bearbeitung: Lina Streckwall, M.Sc.
  • Projektträger: Projektträger Karlsruhe Wassertechnologie und Entsorgung (PTKA-WTE)
  • Forschungspartner: Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE (Projektkoordinator); Inter 3 GmbH – Institut für Ressourcenmanagement; Center for Sustainable Development, Qatar University; University of Birjand, Fakultät für Landwirtschaft, Studiengang Wasser

Problemstellung:

In ariden Klimazonen wie Katar und Iran gewinnt einerseits die landwirtschaftliche Bewässerung zunehmend an Bedeutung; andererseits führt die verstärkte Entnahme zu einer Versalzung der Grundwasserleiter. Daher wird der Einsatz von entsalztem Brackwasser für die Bewässerung immer stärker praktiziert.

Ziel:

Es soll ein nachhaltiges Vefahrenskonzept zur Brackwasserentsalzung entwickelt werden, inklusive Vorbehandlung und Nachbehandlung der Konzentrate. Die zentrale Entsalzung soll mit einer Closed Loop Umkehrosmoseanlage (CLRO) erfolgen und der gesamte Prozess soll mit Strom aus PV-Modulen versorgt werden.

Ziel ist die Entwicklung einer Demonstrationsanlage, die an den beiden Pilotstandorten der assoziierten Projektpartner in Katar und Iran eingesetzt und getestet wird. Im Detail handelt es sich in Katar um die Nutzung von aufbereitetem Wasser in einer Hydroponik-Anlage. Im Iran soll das Wasser auf einer Safran-Plantage eingesetzt werden.

Vorgehensweise:

Die einzelnen Arbeitspakete des Projekts zielen alle auf die Umsetzung des Entsalzungsprozesses an den beiden Pilotstandorten ab. Im Vorfeld werden sowohl das Entsalzungsverfahren selbst in Form einer CLRO, als auch die möglichen Vorbehandlungsschritte und die entsprechende Behandlung der Konzentrate untersucht und geplant. Die gesamte Energieversorgungerfolgt mittels PV-Modulen. Mit dem Betrieb der Pilotanlage an den beiden Standorten sollen die Prozesse untersucht und optimiert werden, die Anpassung an die jeweiligen lokalen Bedingungen erfolgen und darauf basierend die Designkriterien für die neuen Verfahrenskombinationen angepasst werden.

Begleitet wird die Entwicklung des Prozesses und die Auslegung der einzelnen Verfahrensschritte von einer Multikriterienanalyse. Um den Betrieb der Anlage und das Know-How zum Thema Brackwasserentsalzung in den Zielregionen zu vertiefen und einen langfristigen Mehrwert zu schaffen, findet während der gesamten Projektlaufzeit ein interdisziplinärer Wissenstransfer statt.

Das Fachgebiet Umweltverfahrenstechnik ist insbesondere in die folgenden Arbeitspakete involviert:

1)      Vorbehandlung des Brackwassers

Der Einsatz von Membranverfahren zur Entsalzung erfordert in der Regel den Einsatz von Chemikalien wie z.B. Antiscalantien zur Verhinderung von Ablagerungen auf der Membran. Um das Verfahren umweltschonender zu gestalten und die Zugabe solcher Additive zu reduzieren, muss das Rohwasser einer Vorbehandlung unterzogen werden. Gemeinsam mit dem Forschungspartner Fraunhofer ISE werden entwickelte Verfahrenskonzepte der Vorbehandlung im Labor- und Technikumsmaßstab getestet und auf das relevante Wasser angewendet.

 

2)      Nachbehandlung: Konzentrate

Die Konzentrate, die bei der Entsalzung mit Umkehrosmoseanlagen entstehen, enthalten den Großteil der im Brackwasser enthaltenen Stoffe wie Salze, aber auch organische Verbindungen. Es werden Konzepte entwickelt und anschließend im Labor- und Technikumsmaßstab untersucht, um diese Konzentrate zu behandeln. Dabei stehen zwei wesentliche Ziele im Vordergrund: Primär wird die Erhöhung der Wasserausbeute des Gesamtverfahrens anvisiert. Als zweites Ziel wird eruiert, inwiefern (Wert-) Stoffe im Brackwasser enthalten sind, die aus den Konzentraten zurückgewonnen werden können.

Daraus leitet sich eine Einengung der Konzentrate ab, die u.U. bis hin zu Zero-Liquid-Discharge führen kann. Für die Behandlung der Konzentrate werden verschiedene Verfahrenskombinationen geprüft und der Einsatz innovativer Technologien wie z.B. Elektrodialyse, Membrandestillation, kapazitive Deionisation (CDI) und selektive Verdampfung untersucht.

In Hinblick auf die erzeugten Wasserqualitäten wird geprüft, welche Anforderungen die einzelnen Anwendungen der Bewässerung an diese stellen. In der Konsequenz können dann unterschiedliche Ströme entstehen, die je nach Qualität und Anforderungen genutzt werden können.

 

3)      Gesamtsystementwicklung, Demonstration, Evaluierung

Aus den einzelnen Arbeitspaketen soll ein Konzept für ein nachhaltiges Gesamtsystem entwickelt werden, welches dann als Pilotanlage ausgelegt werden kann. Die Demonstration erfolgt dann nacheinander in den Zielländern Katar und Iran für jeweils einige Monate.

Im Anschluss an die Demonstration soll das Verfahrenskonzept in Hinblick auf die technische Umsetzung, aber auch sozioökonomische Effekte bewertet werden.

 

4)      Interdisziplinärer Wissenstransfer

Der wissenschaftliche Austausch soll gefördert werden, u.a. durch Austauschprogramme von Studierenden und Wissenschaftlern der beteiligten Universitäten. Darüber hinaus sollen Trainingsmodule entwickelt werden, die Themen rund um die Demonstrationsanlage und die involvierten Technologien beleuchten und das Wissen langfristig in der Region vermitteln sollen. Diese werden in Form von Workshops durchgeführt und somit wiederum der Austausch gefördert.

Ziel aller Maßnahmen ist die Untersuchung der Brackwasserentsalzung zur nachhaltigen und langfristigen Deckung des landwirtschaftlichen Wasserbedarfs in den Zielländern Katar und Iran; eine Übertragung in andere Regionen ist möglich.

 

 

 

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Fördermaßnahme: Wasserforschung im Nahen und Mittleren Osten (MEWAC):

 

 

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