Zielsetzung und Anlass des Vorhabens<\/p>\n
Ziel des Vorhabens war die Entwicklung von innovativen geflochtenen schlauchf\u00f6rmigen Filtern, die auf eine erhebliche Verbesserung der Filtrationsleistung in der Mikro- (MF) und Ultrafiltration (UF) bei gleichzeitiger Verminderung der Deckschichtbildung bzw. des Druckverlustes gegen\u00fcber herk\u00f6mmlichen Membranen zielt.
\nIm Rahmen des geplanten Projektes sollten einerseits neuartige filamentverst\u00e4rkte geflochtene Filter mit ver\u00e4nderbaren Porengr\u00f6\u00dfen f\u00fcr die Mikrofiltration entwickelt werden. Die Idee der ver\u00e4nderbaren Porengr\u00f6\u00dfen folgt dem biologischen Vorbild von Schw\u00e4mmen, welche durch eine adaptive Filtration ihre Nahrungsaufnahme regulieren. Dar\u00fcber hinaus sollten andererseits geflochtene beschichtete Ultrafiltrationskapillarmembranen entwickelt werden, welche durch Einbringung eines verdrillten textilen Kerns zur St\u00fctzung der Membranen, Betriebsdr\u00fccke von bis zu 8 bar standhalten, ohne dass diese kollabieren. Die Filtration kann dadurch unter wesentlich h\u00f6heren Druckdifferenzen erfolgen und erheblich l\u00e4nger bis zum Abreinigen arbeiten.
\nWeiterhin sollte die Effizienz (Wirkungsgrad) der Filtration durch eine Kombination der entwickelten MF \/UF-Filtrationsmechanismen gesteigert werden. Der sich auf dem MF-Vorfiltergeflecht aufbauende Filterkuchen kann dann durch eine erzwungene dynamische Bewegung und mechanisch durch Reibung zwischen den Filamenten sehr energieeffizient abgebaut werden.<\/p>\n
Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie anvisierte Verbesserung der Filtrationsleistung in der Mikro- und Ultrafiltration sollte durch einen spe-ziellen schlauchf\u00f6rmig geflochtenen Filter erreicht werden. Zur Erreichung der Projektziele wurden zun\u00e4chst f\u00fcr die MF- und UF-Filterschlauchelemente die machbaren bzw. optimalen Vormaterial-, Faden- und Geflechtparameter ermittelt. Im Einzelnen wurden hierf\u00fcr folgende Punkte bearbeitet: Erarbeitung ei-nes Anforderungskatalogs, Fadenmaterialauswahl (Fadenfeinheit, Mono- und\/oder Multifiltechnik), Lit-zenkonstruktion f\u00fcr Geflecht und St\u00fctzkern (gezwirnt oder geflochten, Fadenanzahl je Strang bzw. je Litze, Schlagrichtung und -l\u00e4nge), Geflechtkonstruktion (K\u00f6per- oder Leinenbindung, asymmetrische Flechtung, Litzenfachung je Spule, Spulenanzahl, Geflechtdurchmesser und -dichte), Nachbehandlung (zus\u00e4tzliche Verdichtung und Fixierung durch W\u00e4rmeschrumpfung; Gl\u00e4ttung innen und\/oder au\u00dfen), Konfektionierung (Schnittkantenfixierung, Endbefestigung, B\u00fcndelung).
\nAnschlie\u00dfend wurde die Auswirkung der Oberfl\u00e4chenmodifikationen auf die Effizienz der Membrantechnik nach Ma\u00dfgabe der Anwendungen vorab im Laborma\u00dfstab durch systematische Variation der Herstellungsparameter und Messung der erzielten Effekte optimiert. Neben dem Labortest war hier ebenfalls die Langzeitaussage in den sp\u00e4teren Applikationen zur Verschmutzung bzw. zum Langzeitverhalten der Filterschl\u00e4uche entscheidend. Durch einen eingebrachten St\u00fctzk\u00f6rper kann der Geflechtschlauch auch bei h\u00f6heren Filtrations-Betriebsdr\u00fccken (1 bis 8 bar) eingesetzt werden.
\nUnter dem Gesichtspunkt weiterer Energieeinsparungen wurde im Anschluss daran eine Kombination der zuvor getrennt voneinander entwickelten Filtrationsmembranen untersucht.
\nF\u00fcr Labor- und Pilotversuche wurden Pr\u00fcfst\u00e4nde f\u00fcr die Charakterisierung der Filtrationsleistungen (Abscheidung, Druckdifferenz) aufgebaut und eingesetzt.<\/p>\n
Ergebnisse und Diskussion<\/p>\n
Im Rahmen des Vorhabens wurden geflochtene Schlauchfilter entwickelt, die im Bereich der Mikrofiltration eingesetzt werden k\u00f6nnen. F\u00fcr die Herstellung der Geflechte wurden verschiedene Garnfeinheiten eingesetzt. Die Versuche zeigten, dass mit zunehmender Feinheit der Fasern die Filtrationsergebnisse hinsichtlich der Partikelabscheidung verbessert werden.
\nAm Ende der Versuchsreihe wurde ein Schlauchfilter entwickelt, der den folgenden Anforderungen gerecht wird: Eine gute Filtrationswirkung mit einer Abscheidung <10 \u00b5m bei geringem Druckverlust und ein gutes Deckschichtabreinigungsverhalten durch das konstruktionsbedingte elastische Verhalten des Ge-flechts. Der aus den Versuchen als bester hervorgehender Filter besteht aus einem symmetrischen Ge-flecht und wurde aus verzwirnten Multifilamenten hergestellt.\nDie entwickelten Schlauchfilter wurden auf ihre thermische und mechanische Best\u00e4ndigkeiten und Praxistauglichkeit \u00fcberpr\u00fcft. \nDer Vorteil der entwickelten Schlauchfilter gegen\u00fcber herk\u00f6mmlichen MF-Membranen liegt in der geringeren Verstopfungsneigung des Filters durch das regelm\u00e4\u00dfige mechanische Abreinigen w\u00e4hrend des Filtrationsprozesses. Dies erzeugt eine energiearme Mikrofiltration, da die Druckdifferenz durch eine konstant geringere Deckschichtbildung niedriger ist als bei den klassischen Mikrofiltrationsmembranen. Aufgrund von regelm\u00e4\u00dfigen dynamischen Zugbewegungen des Schlauchfilters kann die Anzahl der zeit-lich aufwendigen chemischen Reinigung reduziert werden. Dies f\u00fchrt zu einer markanten Reduzierung und Einsparung des (Sp\u00fcl)Chemikalien- und Energiebedarfes und damit zu einer Minimierung der Umweltbelastung. Dar\u00fcber hinaus sinken die Personalkosten f\u00fcr Wartungsarbeiten.\nDie Vorversuche, die zur Entwicklung eines Schlauchfilters f\u00fcr die Ultrafiltration vorgenommen wurden, dienten als gute Grundlage f\u00fcr die weitere Entwicklung von beschichteten Geflechten. Das Ziel lag in der Realisierung einer Kombination zweier Schlauchfilter, um einen Vorfilter (MF) und einen Feinfilter (UF) in einem Modul zu erhalten. Der Vorfilter soll zur mechanischen Abreinigung dienen, der Feinfilter erh\u00f6ht die Filtrationswirkung und kann zus\u00e4tzlich Makromolek\u00fcle und Mikroorganismen abtrennen. \nIm weiteren Verlauf wurde eine einfache kombinierte MF\/UF-Pilotanlage entwickelt, bei der mehrere Schlauchfilter parallel nebeneinander angeordnet sind. Durch die h\u00f6here Anzahl an Schlauchfilter im Modul wird die Permeatleistung erh\u00f6ht. Die entwickelten Schlauchfilter k\u00f6nnen nicht nur in der Abwasserrei-nigung eingesetzt werden, sondern in fast allen Industriezweigen, wie in der Lebensmittelsbranche oder chemischen Industrie.\n\n\n\u00d6ffentlichkeitsarbeit und Pr\u00e4sentation\n\n-\tVortrag auf dem Denkendorfer Bionikkolloquium (17.\/18.05.2006)\n-\tVortrag auf dem 8. Symposium Textile Filter, Chemnitz (07.\/08.03.2006) \n-\tVer\u00f6ffentlichung in Fachzeitschriften (Melliand Textilberichte\/Textilveredelung), in Planung\n\n\nFazit\n\nIm Rahmen des Vorhabens wurden die ersten Schritte zur Entwicklung eines ver\u00e4nderbaren, adaptiven und gleichzeitig energieeffizienten Cross-Flow Mikrofiltrationssystems vorgestellt. Ausgehend von Analysen zur Nahrungsaufnahme von Schw\u00e4mmen, welche durch eine adaptive Filtration reguliert wird, wurde ein speziell geflochtener Schlauchfilter entwickelt. Der Schlauchfilter zeigt eine gute Filtrationswirkung mit einer Abscheidung von kleiner 10 \u00b5m bei geringem Druckverlust und ein gutes Deckschichtabreinigungsverhalten durch das konstruktionsbedingte elastische Verhalten des Geflechts. \nDer Vorteil der entwickelten Schlauchfilter gegen\u00fcber herk\u00f6mmlichen Mikrofilter liegt in der geringeren Verstopfungsneigung des Filters durch das regelm\u00e4\u00dfige mechanische Abreinigen w\u00e4hrend des Filtrationsprozesses. Dies erzeugt eine energiearme Mikrofiltration, da die Druckdifferenz durch eine konstant geringere Deckschichtbildung niedriger ist als bei den klassischen. \nDie Vorversuche, die zur Entwicklung eines Schlauchfilters f\u00fcr die Ultrafiltration vorgenommen wurden, dienten als gute Grundlage f\u00fcr die weitere Entwicklung von beschichteten Geflechten. \nRealisiert wurde zudem eine Kombination zweier Schlauchfilter, um einen Vorfilter (MF) und einen Feinfilter (UF) in einem Modul zu erhalten. Der Vorfilter soll zur mechanischen Abreinigung dienen, der Feinfilter erh\u00f6ht die Filtrationswirkung und kann zus\u00e4tzlich Makromolek\u00fcle und Mikroorganismen abtrennen. Mit diesem System kann die Anzahl der zeitlich aufwendigen chemischen Reinigung reduziert werden. Dies f\u00fchrt zu einer markanten Reduzierung und Einsparung des (Sp\u00fcl)Chemikalien- und Energiebedarfes und damit zu einer Minimierung der Umweltbelastung. Dar\u00fcber hinaus sinken die Personalkosten f\u00fcr War-tungsarbeiten\nDie entwickelten Schlauchfilter k\u00f6nnen nicht nur in der Abwasserreinigung eingesetzt werden, sondern in fast allen Industriezweigen, wie in der Lebensmittelsbranche oder chemischen Industrie.\n<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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