KIM - Kompetenzzentrum industrieller Membranen

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"KIM" stands for "research focus industrial membranes". The project was carried out by STENUM research company and consultancy for preventive industrial environmental protection and sustainable development, the Institute for Chemical Engineering of Leoben University of Technology and the Institute for Chemical Engineering of Graz University of Technology. Goal of the project was to identify areas of application for industrial membranes in Styrian companies to close water cycles to reuse industrial waste water.

Text of KIM - Kompetenzzentrum industrieller Membranen

  • KIM Kompetenzzentrum

    industrielle Membranen

    Endbericht

    Ein Projekt des steirischen Zukunftsfonds

    STENUM GmbH Geidorfgrtel 21

    8010 Graz www.stenum.at

  • KIM Endbericht

    STENUM GmbH Montanuniversitt Leoben Technische Universitt Graz

    Seite 2

    Projektbearbeitung

    Dr. Johannes Fresner DI Christian Angerbauer

    STENUM GmbH Geidorfgrtel 21

    A-8010 Graz www.stenum.at

    Prof. Dr. Josef Draxler Manuela Zeleznik

    Institut fr Verfahrenstechnik Montanuniversitt Leoben

    Prof. Dr. Hans Schnitzer DI Gernot Gwehenberger

    DI Mikko Planasch Institut fr Ressourcenschonende und Nachhaltige Systeme

    Technische Universitt Graz

    Dr. Andreas Ler MinerWa Umwelttechnik GmbH

    Gmunden

    Graz/Leoben/Gmunden

    Oktober 2005

  • KIM Endbericht

    STENUM GmbH Montanuniversitt Leoben Technische Universitt Graz

    Seite 3

    1 Zusammenfassung KIM steht fr Kompetenzzentrum industrielle Membranen. Dieses Projekt wurde von der STENUM GmbH Forschungsgesellschaft und Unternehmensberatung fr Fragen des vorsorgenden Umweltschutzes und der nachhaltigen Entwicklung, dem Institut fr Verfahrenstechnik der Montanuniversitt Leoben und dem Institut fr Verfahrenstechnik der TU Graz durchgefhrt. Ziel ist es, Anwendungsbereiche fr industriell einsetzbare Membranen in steirischen Betrieben anzugeben und den Einsatz von Membrantechnologien zum Schlieen von Wasserkreislufen zur Wiederverwendung von industriellem Abwasser vorzubereiten. Im Rahmen dieser Arbeit wurde zunchst die relevante Literatur analysiert, dann mit Laboranlagen die Eignung von ausgewhlten Abwssern (Splwsser aus oberflchenbehandelnden Betrieben und Lebensmittelbetrieben, Altlaugen aus der Lebensmittelindustrie, Produkte der Lebensmittelindustrie) zur Reinigung mit ausgesuchten Membranen durch Ultrafiltration und Nanofiltration untersucht und schlielich fr einige ausgewhlte Flle Pilotanwendungen im greren Mastab ber lngere Zeit durchgefhrt.

    Die Ergebnisse zeigen, dass es heute mit den angegebenen Verfahren mglich ist, in verschiedenen Branchen Wasserkreislufe zu schlieen. So knnen in der Oberflchentechnik und in der lebensmittelverarbeitenden Industrie Splwsser, Altsuren und Altlaugen wieder aufbereitet und in den jeweiligen Prozessen rckgefhrt werden. Weitere Anwendungsbereiche ergeben sich durch den Ersatz konventioneller Filtermedien durch Ultra- und Nanofiltration. Probleme, die in der Vergangenheit den Einsatz dieser Verfahren behindert haben, lassen sich heute durch Apparateauswahl, Verfahrensfhrung und geeignete Reinigungsmethoden beheben.

    Der Markt fr diese Verfahren in Slowenien, Ungarn und Kroatien wurde gemeinsam mit den Auenhandelsdelegationen abgeschtzt. Er liegt in der Grenordnung von 10 Millionen Euro und rechtfertigt damit ein weiteres Engagement. Fr die Zukunft werden in der Steiermark Kooperationspartner gesucht, die das Potenzial zum Einsatz industrieller Membranen nutzen wollen.

    Wir bedanken uns bei der Steirischen Landesregierung fr die Untersttzung des Projektes aus den Mitteln des Steirischen Zukunftsfonds und bei Dr. Kellermann und Mag. Nagl fr die Hilfe whrend der Antragstellung.

  • KIM Endbericht

    STENUM GmbH Montanuniversitt Leoben Technische Universitt Graz

    Seite 4

    2 Abstract KIM stands for research focus industrial membranes. The project was carried out by STENUM research company and consultancy for preventive industrial environmental protection and sustainable development, the Institute for Chemical Engineering of Leoben University of Technology and the Institute for Chemical Engineering of Graz University of Technology. Goal of the project was to identify areas of application for industrial membranes in Styrian companies to close water cycles to reuse industrial waste water. The project included literature research, identification of focus areas, laboratory tests with selected waste water in membrane test plants (rinsing water from surface treatment processes and food processing companies, spent caustics and products of food companies) and pilot test runs for special promising waste water streams over longer periods with ultrafiltration and nano filtration plants.

    The results showed, that it is currently possible, to close industrial water cycles in some sectors. In surface treating industries and food processing industries rinsing water, spent acids and spent caustics can be treated and recycled to the respective processes. Further areas for application can be found by substituting conventional filter media by ultra- or nanofiltration. Problems, which formed barriers to the implementation of these technologies in the past, today can be overcome by the proper selection of apparatus, process optimisation and proper cleaning methods.

    The market for these membrane processes was estimated as of 10 million Euro in Slovenia, Hungary, and Croatia together with the Austrian business delegations in these countries. For the future cooperation partners are looked for in Styria to exploint this potenzial.

    We gratefully acknowledge the support of the government of Styria using funds of the Styrian future funds, and appreciate the input and the assistance of Mag. Nagl and Dr. Kellermann during the phase of application.

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    STENUM GmbH Montanuniversitt Leoben Technische Universitt Graz

    Seite 5

    Inhaltsverzeichnis

    1 Zusammenfassung.........................................................................................................................3

    2 Abstract .........................................................................................................................................4

    3 Aufgabenstellung von KIM............................................................................................................8

    4 Grundstzliches ber Membranverfahren ....................................................................................10

    4.1 Funktionsweise von Membranen ........................................................................................10

    4.2 Klassifikation von Membranen ............................................................................................13

    4.3 Neue Entwicklungen ...........................................................................................................17

    4.4 Probleme mit dem Einsatz von Membranen zum Wasserkreislaufschlieen .........................18

    4.4.1 Membranschdigung ..............................................................................................18 4.4.2 Membranverblockung .............................................................................................18 4.4.3 Membranreinigung .................................................................................................19

    4.5 Fragestellungen in KIM.......................................................................................................19

    5 Ergebnisse der Literaturrecherche ................................................................................................23

    5.1 Ziel und Umfang der Literaturrecherche..............................................................................23

    5.2 Lebensmittelindustrie im berblick......................................................................................23

    5.2.1 Einleitung ................................................................................................................23 5.2.2 Behandlung und Aufbereitung von Prozess- bzw. Abwssern..................................24 5.2.3 Aufbereitung von Reinigungs- und Prozesschemikalien ...........................................25

    5.3 Getrnkeindustrie ...............................................................................................................26

    5.3.1 Einleitung ................................................................................................................26 5.3.2 Wasserrecycling und Laugenaufbereitung bei der Flaschenreinigung.......................26 5.3.3 Aufbereitung von CIP-Chemikalien .........................................................................29 5.3.4 Beispiel: Splwassermanagement bei Fruchtsaftkonzentrat-Lagertanks....................30 5.3.5 Beispiel: Behandlung von Abwasser aus einer Fruchtsaftproduktionsanlage .............30 5.3.6 Beispiel: Behandlung von Abwasser aus Brauereien .................................................31

    5.4 Milchverarbeitung...............................................................................................................32

    5.4.1 Einleitung ................................................................................................................32 5.4.2 Molkebehandlung ...................................................................................................33 5.4.3 Behandlung von Dampfkondensat ..........................................................................35 5.4.4 Produkt-Rckgewinnung aus Splwasser ................................................................35 5.4.5 Behandlung von verdnnter Magermilch.................................................................35

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    Seite 6

    5.5 Fleischverarbeitung .............................................................................................................36

    5.5.1 Einleitung ................................................................................................................36 5.5.2 Recycling von Khlduschenabwasser.......................................................................36 5.5.3 Beispiel: Behandlung von Abwasser aus