Einfluss natürlicher organischer Verbindungen auf Scalingprozesse während der Hochdruck-Membranfiltration

 

Finanzierung:TUHH
Laufzeit:01.09.2012 - 31.08.2016

Projektleitung / Projektbearbeitung:

Prof. Dr.-Ing. M. Ernst / Dipl.-Ing. J. Benecke

Problemstellung:

Regionale Wasserknappheiten stellen eine der größten globalen Herausforderungen unserer heutigen Generation dar. Die einzige Möglichkeit, vorhandene Trinkwasserressourcen über den hydrologischen Zyklus hinaus zu erweitern, stellt neben der Wasserwiederverwendung die Entsalzung von Meer  und Brackwasser dar.

Für die Entsalzung von salinen Wässern hat sich die Hochdruck-Membranfiltration mithilfe von Lösungs-Diffusions-Membranen (Umkehrosmose) als zurzeit energieeffizienteste Technologie etabliert. Allerdings stellt das sogenannte Membranscaling, d.h. die Deposition, Anreicherung und das Wachstum von Kristallen auf der Membranoberfläche infolge der Überschreitung von Löslichkeitsprodukten verschiedener Minerale (z.B. CaSO4) ein limitierendes und zu großen Teilen ungelöstes Problem dar. Scalingschichten belegen die Membranoberfläche, erhöhen den Filtrationswiderstand und führen unmittelbar zur Effizienzminderung oder zum Ausfall des Verfahrens.

Allgemein bekannt ist, dass die Anwesenheit natürlicher organischer Wasserinhaltsstoffe (NOM) die Kristallisationskinetik von Mineralen in der Lösung beeinflussen kann. Auch im Falle der Membranfiltration konnte in Studien gezeigt werden, dass es zu Wechselwirkungen zwischen NOM und Membranscaling kommt. Ein besseres Verständnis dieser Wechselwirkungen unterstützt die Entwicklung angepasster und effizienter Maßnahmen zur Minimierung von Membranscaling.

Vorgehensweise:

Zur Untersuchung des Einflusses natürlicher organischer Wasserinhaltsstoffe auf das Membranscaling wurden am Institut verschiedene Laborversuchsstände und eine vollautomatische Hochdruck-Membranfiltrations-Versuchsanlage aufgebaut sowie Untersuchungsmethoden etabliert. Erste Ergebnisse zeigen, dass die Anwesenheit von NOM die Kristallisationsprozesse in der Lösung verzögern und bestätigen bereits publizierte Erkenntnisse. Weiterhin konnte in Vorversuchen gezeigt werden, dass das Kristallwachstum auf der Membranoberfläche während der Filtration durch die Anwesenheit von NOM beeinflusst wird (Kristallform und –anzahl). In anstehenden Untersuchungen wird der Einfluss von Oberflächeneigenschaften der Membran auf die Scalingprozesse untersucht. Zur genaueren Charakterisierung der relevanten Fraktionen der NOM werden neben den verfahrenstechnischen Untersuchungen wasserchemische Analysen wie die Gelpermeationschromatographie (LC OCD) und Fluoreszenzspektrometrie eingesetzt. Die Charakterisierung der ausgefallenen Kristallschichten und  strukturen auf der Membran erfolgt mittels mikroskopischer Methoden.