Project

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Layer-by-layer modification of membranes for resource recovery

Applicant Remmen Kirsten
Number 177283
Funding scheme Bridge - Proof of Concept
Research institution
Institution of higher education University of Applied Sciences and Arts Northwestern Switzerland (without UTE) - FHNW
Main discipline Other disciplines of Environmental Sciences
Start/End 01.10.2017 - 31.03.2019
Approved amount 140'070.00
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All Disciplines (3)

Discipline
Other disciplines of Environmental Sciences
Chemical Engineering
Material Sciences

Keywords (5)

Spent pickling acid recovery ; Phosphorus recovery ; Acid resistant LbL membranes ; Layer-by-layer modification of membranes ; Resource recovery

Lay Summary (German)

Lead
LeadPhosphor ist ein essentieller Nährstoff für alle Lebewesen. Die Phosphorressourcen sind endlich und Abbaugebiete lassen sich nur ausserhalb Europas finden. Über 90% des importierten Phosphors wird als Düngemittel eingesetzt. Diese Gründe führen unter anderen dazu, dass Phosphorrückgewinnung aus Abwasser und Abfällen immer mehr an Bedeutung gewinnt. Als erstes europäisches Land hat die Schweizer Regierung Anfang 2016 eine obligatorische Phosphorrückgewinnung aus Klärschlamm in die Gesetzgebung integriert. Eine mögliche Methode, um Phosphor aus Klärschlamm und auch aus Klärschlammasche zurückzugewinnen, ist Nanofiltration. Nach einem sauren Aufschluss kann der Phosphor die Membran passieren während Verunreinigungen wie z.B. Schwermetalle zurückgehalten werden. Allerdings haben verschiedene Studien gezeigt, dass kommerziell verfügbare Membranen für einen wirtschaftlichen Prozess nicht effizient genug sind.
Lay summary

Das Ziel dieses Projektes war es mittels  layer-by-layer (LbL) modifizierten Nanofiltrationsmembranen einen effizienten und wirtschaftlichen Phosphorrückgewinnungsprozess zu gestalten. LbL Modifikation von Membranen gewinnt immer mehr an Bedeutung, da es mit diesem Verfahren möglich ist die Eigenschaften von Membranen gezielt zu beeinflussen. Während des Projekts wurden (i) LbL Membranen optimiert und ein Prototyp gebaut um eine maximale Phosphorausbeute zu erzielen. Parallel dazu wurde (ii) eine Membran entwickelt die speziell zur Aufreinigung von Altsäuren verwendet werden kann. Hinzukommt das Durchführen einer (iii) Marktanalyse sowie das Erstellen eines (iv) Businessplans für LbL Membranen in sauren Anwendungsbereichen in grösseren Massstäben zur Ressourcenrückgewinnungen.

 

Die Ergebnisse aus diesem Projekt zeigen das LbL Membranen zur Rückgewinnung von Altsäuren und wichtigen Rohstoffe, wie zum Beispiel Phosphor und Scandium, aus sauren Lösungen genutzte werden können und auch grosstechnisch einsetzbar sind. LbL Membranen ermöglichen sowohl einen wirtschaftlichen als auch ökologischen Rückgewinnungsprozess zu gestalten.

Direct link to Lay Summary Last update: 12.05.2019

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Publications

Publication
Phosphorus recovery in an acidic environment using layer-by-layer modified membranes
Remmen Kirsten, Müller Barbara, Köser Joachim, Wessling Matthias, Wintgens Thomas (2019), Phosphorus recovery in an acidic environment using layer-by-layer modified membranes, in Journal of Membrane Science, 582, 254-263.

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
Osmo Germany (Europe)
- Industry/business/other use-inspired collaboration
Pentair Netherlands (Europe)
- Industry/business/other use-inspired collaboration
RWTH Aachen Germany (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
Hasler AG Switzerland (Europe)
- Industry/business/other use-inspired collaboration
TU Delft Netherlands (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
TreaTech Switzerland (Europe)
- Industry/business/other use-inspired collaboration

Scientific events

Active participation

Title Type of contribution Title of article or contribution Date Place Persons involved
17th Aachener Membrane Kolloquium Poster Spent pickling acid recovery – membrane screening 14.11.2018 Aachen, Germany Remmen Kirsten;
12th International Symposium on Polyelectrolytes Talk given at a conference Layer-by-layer modified membranes for resource recovery from sewage sludge 27.08.2018 Wageningen, Netherlands Remmen Kirsten;
EUROMEMBRANE Talk given at a conference Layer-by-layer membrane modification for resource recovery from hydrochloric acid solutions: an example of scandium recovery 12.07.2018 Valencia, Spain Remmen Kirsten;
SMICE conference Talk given at a conference Layer-by-layer modified membranes for resource recovery from sewage sludge 25.05.2018 Rome, Italy Remmen Kirsten;
12. Aachener Tagung Wassertechnologie Talk given at a conference Oberflächenmodifizierte Membranen zur Phosphorrückgewinnung aus Klärschlammasche 24.10.2017 Aachen, Germany Remmen Kirsten;


Communication with the public

Communication Title Media Place Year
Print (books, brochures, leaflets) Membranen nach Mass German-speaking Switzerland 2019

Abstract

The aim of this project is to develop and test acid resistant layer-by-layer nanofiltration membranes for the recovery of phosphorus from sewage sludge and sewage sludge ash. Phosphorus recovery from sewage sludge or sewage sludge ash is going to be mandatory in Switzerland. The challenge will be to provide an ecological and economically feasible recovery technology for waste water treatment and sludge incineration plant operators. The currently available technologies are either not economically efficient or lack flexibility towards the possible feed streams. These drawbacks can be overcome by applying nanofiltration after leaching of sewage sludge or sewage sludge ash. However, commercially available membranes are not suitable to solve the problem. In the proposed project layer-by-layer (LbL) modification will be applied to enhance the nanofiltration process (Figure 1). During the process of LbL assembly, oppositely charged polyelectrolytes (PE) are deposited on commercially available ultrafiltration membranes, thus the properties of the final membrane product can tailored to the application. The project takes a holistic approach going beyond phosphorus recovery as prime application but reaching out to establishing LbL membranes for different kinds of resource recovery from acidic solutions. After a successful proof of concept the newly developed membrane can have great impact on several industries and technology branches.To achieve the project aim several working steps will be carried out in parallel. This involves the development of two prototypes, as well as the analysis of the market structure and exploitation strategies. The success of the project is based on several pillars. The main ones are:•Experience: My personal contribution towards phosphorus recovery and LbL nanofiltration in acidic environments has been demonstrated in a number of research projects and the establishment of the membrane modification approach at FHNW•Network: During the last years of research a -comprehensive network in Switzerland and Europe was created, which in involves membrane and phosphorus recovery experts •FHNW assets: The existing structure of laboratories and scientific experts at FHNW create a favorable environment for the development of applied technologiesThe objectives proposed in this project will be reached by individual contributions, utilization of existing structures and an innovative technology, which will lead to a more efficient and sustainable resource recovery processes.
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