In-situ Deckschichtanalyse mittels optischer Kohärenztomographie

#In-situ Monitoring #Scaling #Quantifizierung #Membran Destillation #Entsalzung
Deckschichtanalyse

Durch die entwickelte Methode kann der Zustand der Membran im laufenden Betrieb nicht invasiv visualisiert und die Menge an Scaling quantifiziert werden. Durch die Berechnung neuer Scalingparameter ist damit erstmals eine objektive Einschätzung der Deckschicht möglich, die es erlaubt, den Anlagenbetrieb zu optimieren.

Bei der Behandlung von stark salzhaltigen Wässern werden häufig Membranverfahren, wie z.B. die Membrandestillation (MD) eingesetzt. Bei dem Betrieb dieser Verfahren gilt die Bildung von Fouling (im speziellen Scaling) als größte Herausforderung und prozesslimitierender Faktor. Die Entwicklung eines nicht invasiven Monitoring-Tools zur Untersuchung der Wirkung von Membrandeckschichten auf die Leistung der Membran kann für Anlagenbetreiber eine interessante Alternative durch eine erstmals membranbasierte Überwachung darstellen.
Die optische Kohärenztomographie (OCT) ermöglicht die online Visualisierung der Membran durch dreidimensionale, hochaufgelöste Bilddatensätze. Es können Flächen von mehreren 10 mm² in unter einer Minute gescannt werden, sodass die Visualisierung der Membranoberfläche auch im laufenden Betrieb möglich ist. So kann eine versuchsbegleitende Beurteilung der Deckschichtentwicklung und deren Auswirkung auf den Betrieb erfolgen, wie hier bei der MD. Eine spezielle Methode zur Datensatzanalyse wurde entwickelt, um Scaling sicher zu detektieren und quantifizieren. Neu definierte Foulingparameter (RS und RC) korrelieren Prozessparameter (hier speziell die Abnahme des Fluxes) und die Ergebnisse der Scalinganalyse mittels OCT. Zudem können anhand der Parameter strukturelle Informationen über die Foulingschicht gewonnen werden. Der Einsatz der in-situ Methode kann auch bei Reinigungsprozessen der Membran wichtige Informationen zum optimalen Reinigungszeitpunkt, Dauer der Reinigung und Auswahl sowie Einsparung von Chemikalien beitragen.

Derzeit ist die entwickelte Methode noch nicht in der Industrie anwendbar. Neben fundiertem Fachwissen zur Datensatzanalyse wird die kostspielige Anschaffung eines OCT Gerätes für Firmen als nicht realistisch eingeschätzt.  Zu behandelnde Wässer können in der Testanlage aber untersucht werden (Dienstleistung), um das Scalingpotential zu prüfen und daraufhin Empfehlungen zur Prozessfahrweise, basierend auf der Scalinganalyse, auszusprechen.

Wasser­ressource: Prozesswasser, Salzwasser
Produkttyp:
  • Monitoring & Analytik
TRL: 4
    TRL (Technology Readiness Level)
  • TRL 1 - Grundprinzipien beobachtet
  • TRL 2 - Technologiekonzept formuliert
  • TRL 3 - Experimenteller Nachweis des Konzepts
  • TRL 4 - Technologie im Labor überprüft
  • TRL 5 - Technologie in relevanter Umgebung überprüft (bei Schlüsseltechnologien im industrieorientierten Umfeld)
  • TRL 6 - Technologie in relevanter Umgebung getestet (bei Schlüsseltechnologien im industrieorientierten Umfeld)
  • TRL 7 - Test eines System-Prototyps im realen Einsatz
  • TRL 8 - System ist komplett und qualifiziert
  • TRL 9 - System funktioniert in operationeller Umgebung (bei Schlüsseltechnologien oder Raumfahrt wettbewerbsfähige Fertigung)
Anwendungs­sektor: Industrie
Fördermaßnahme: WavE
Projekt: HighCon

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Dr.-Ing. Florencia Saravia

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Karlsruhe

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