Die weltweit zunehmende Wasserknappheit führt zu einem steigenden Bedarf an alternativen Wasseraufbereitungsanlagen. Großindustrielle Meerwasserentsalzungsprozesse sind technologisch aufwendig und können mitunter nur im großen Maßstab (>10 Mio. Liter/Tag) ökonomisch betrieben werden. Deswegen sind sie insbesondere in ländlichen Gegenden, welche besonders häufig von Wasserknappheit betroffen sind, nicht geeignet. Mit dem Befeuchtungs-Entfeuchtungs-Prozess (kurz: HDH) ist es hingegen möglich, mittels erneuerbarer Energie (Solarthermie, Geothermie) salzhaltiges oder verschmutztes Wasser mit geringem technologischem Aufwand dezentral zu Trinkwasser aufzubereiten. Ein weiterer Vorteil des HDH-Systems ist die vielseitige Anwendbarkeit des Prozesses. So ist es mit diesem Prozess nicht nur möglich, Meerwasser zu entsalzen, sondern auch Schmutzwasser aufzubereiten oder auch Öl-Wasser Emulsionen von der Wasserphase zu trennen.

Der HDH-Prozess basiert auf dem natürlichen Wasserkreislauf der Erde, bei dem sich Luft in Kontakt mit warmem Wasser erwärmt und befeuchtet und anschließend abgekühlt wird, wobei sich Wolken bilden und es zu regnen beginnt. Es existieren unterschiedliche Systeme zur Befeuchtung von Luft, besonders effizient ist dabei der Blasensäulenbefeuchter. In einem solchen durchströmt Luft in fein dispergierten Blasen eine Wassersäule und befeuchtet sich aufgrund des Direktkontakts mit dem Wasser. Zur Effizienzsteigerung des Wasseraufbereitungsprozesses fehlt ein grundlegendes Verständnis über den Befeuchtungsvorgang der Luft. Deswegen wird in diesem Projekt durch experimentelle und modellierende Studien die Befeuchtung von Luft in einem Blasensäulenbefeuchter untersucht.

Projektergebnisse

Zur Verbesserung des Verständnisses der Befeuchtung von Luft in Blasensäulen wurden einerseits Messungen zur Entsalzung von Meerwasser im kontinuierlichen Betrieb und andererseits Messungen zur Aufkonzentrierung von ölhaltigem industriellem Abwasser im Batch-Betrieb durchgeführt. Dabei hat sich gezeigt, dass der Wärme- und Stofftransport bei der Befeuchtung von Luft um ein Vielfaches besser ist, als das bisher angenommen wurde. Bereits bei sehr kleinen Füllständen (kleiner als 5 cm) sättigt sich die Luft im Durchgang durch die Flüssigkeitssäule vollständig mit Wasserdampf. Dies erlaubt die Errichtung von wesentlich kompakteren Blasensäulenbefeuchtern, wodurch einerseits Wärmeverluste und andererseits Druckverluste minimiert werden können. In einer Modellierung des Systems wurde eine Karte der Befeuchtereffizienz erstellt, mit der die wesentlichen Betriebsparameter Füllstand und Gasleerrohrgeschwindigkeit optimiert werden können, um den gewünschten Befeuchtungsgrad zu erreichen.

 Mit dem von uns generierten Verständnis lassen sich Blasensäulenbefeuchter als Bestandteil von thermischen Wasseraufbereitungsanlagen zukünftig effizienter dimensionieren und betreiben. Somit konnten wir auch einen Beitrag zur Bekämpfung der weltweiten Wasserknappheit leisten.

 -Elias Eder, Projektverantwortlicher, FH Vorarlberg - University of Applied Sciences-

Publikationen

E. Eder, S. Hiller, D. Brüggemann, M. Preißinger, Characteristics of air–liquid heat and mass transfer in a bubble column humidifier, Applied Thermal Engineering 209, 118240, pp. 1-12, Elsevier, Februar 2022, https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2022.118240

E. Eder, M. Preißinger, Experimental analysis of the humidification of air in bubble columns for thermal water treatment systems, Experimental Thermal and Fluid Science, 115, Elsevier, https://doi.org/10.1016/j.expthermflusci.2020.110063

Kontaktpersonen Forschungszentrum Energie

Prof. (FH) Dr.-Ing. Markus Preißinger
illwerke vkw Stiftungsprofessor für Energieeffizienz, Forschungsleiter, Leiter FZ Energie

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markus.preissinger@fhv.at

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DI Helena Gössler
Assistenz

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helena.goessler@fhv.at

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