Selective Oxy-anion Removal from Drinking Waters by modified Hollow Fiber Membranes

Finanzierung:i³ Projekt der TU Hamburg
Laufzeit:01.01.2020 - 30.06.2022
Projektpartner:

Helmholtz-Zentrum-Geesthacht – Institut für Polymerforschung / Dr. Volkan Filiz

Projektleitung / Projektbearbeitung:

Prof. Dr.-Ing. M. Ernst / Tomi Mantel, M. Sc

Problemstellung:

Im Jahr 2020 haben etwa 30% der Weltbevölkerung keinen sicheren  Zugang zu sauberem Trinkwasser. Die Gründe für die schlechte Trinkwasserversorgungssituation weltweit sind vielfältig. Unter anderem sind die Rohwässer durch geogene Kontaminationen (z.B. durch Arsen, Vanadium, Nickel) bzw. durch unzureichende Aufbereitung von Abwässern (z. B. pathogene Mikroorganismen) kontaminiert. Hohe Konzentrationen an Arsen in Grundwässern stellen für mehr als 300 Millionen Menschen in etwa 100 Ländern eine hohe Gesundheitsgefährdung dar. Ein weiterer Problemstoff der weltweiten Trinkwasserbereitstellung ist Chrom. Chrom liegt in Grundwässern weltweit geogen vor, wird aber auch durch industrielle Verunreinigung in das Grundwasser eingetragen. Arsen und Chrom gelten selbst in geringen Konzentrationen als potentiell krebserregend und liegen chemisch als negativ geladene Oxyanionen (HAsO42-, CrO42-) vor. Technologien für eine sichere Entfernung dieser Oxyanionen aus Rohwässern existieren zwar bereits, jedoch sind sie technisch aufwendig sowie energie- und kostenintensiv.

 

Vorgehensweise:

Projektziel ist es auf der Basis einer interdisziplinären Kooperation zwischen dem WWV und dem Institut für Polymerforschung des Helmholtz-Zentrums Geesthacht (HZG) eine neuartige funktionalisierte Polymer-Membran zur Aufbereitung der oben genannten Problemstoffe zu entwickeln. Mit der Ultrafiltrationsmembran (UF) soll zum einen mikrobiologisch sicheres Trinkwasser bereitgestellt und zum anderen gleichzeitig  Oxyanionen durch Adsorption entfernt werden können. Das vorgeschlagenen Verfahren „Smart PAN-UF“ sieht ein einstufiges Aufbereitungssystem vor, welches bei niedrigen Betriebsdrücken (max. 0.3 bar Transmembrandruck) arbeitet und das einen vollständigen Partikelrückhalt durch ca. 10-30 nm große Membranporen gewährleistet. Das Membranmaterial soll hierbei durch chemische Behandlung mit entsprechenden Anionen-austauscher-Gruppen so modifiziert werden, dass die Oxyanionen selektiv an das Membranmaterial adsorbiert werden. Durch regelmäßiges Rückspülen der Membran sollen zum einen die partikuläre Deckschicht entfernt und zum anderen die Anionenaustauscher-Gruppen regeneriert werden.