Aufbereitung cyanobakterienhaltiger Wässer mittels MF/UF< zurück

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Bild: Kleintechnische Membranversuchsanlage zur Abtrennung von Algenzellen

Oberflächengewässer, insbesondere Seen und Talsperren, enthalten u. a. jahreszeitlich bedingt ein unterschiedliches Spektrum verschiedener Algenspezies. Unter ungünstigen Randbedingungen kann es dabei temporär zu einer verstärkten Algenentwicklung kommen. Besondere Bedeutung im Hinblick auf die Rohwassergewinnung aus Talsperren kommt dabei den Cyanobakterien zu, da es bei verstärktem Auftreten dieser Spezies in einem Oberflächengewässer zu einer unerwünschten Freisetzung erhöhter Mengen an Toxinen kommen kann. Diese Verbindungen, die als toxisch einzustufen sind, liegen zellgebunden als intrazelluläre Toxine vor und können von den Algen freigesetzt werden (sog. extrazelluläre Toxine). Als Folge hiervon können auch Geruchs- und Geschmacksbeeinträchtigungen im Wasser auftreten. Da diese Stoffe u. a. auch im Aufbereitungsprozess aus zuvor intakten Zellen durch mechanische Beanspruchung freigesetzt werden können, kommt einer schonenden Abtrennung der Algenzellen im Aufbereitungsprozess eine besondere Bedeutung zu. Diese Problematik besteht nicht nur in Europa, sondern auch in anderen Kontinenten. Innerhalb des vom BMBF geförderten Projektverbundes „Exportorientierte Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der Wasserver- und -entsorgung“ wurde daher im Rahmen eines Teilprojektes der Einfluss der Niederdruckmembranfiltration auf die Freisetzung von Algentoxinen bei der Entfernung von Algenzellen untersucht.
Im Rahmen des Projektes wurden Laboruntersuchungen mit zwei unterschiedlichen Membransystemen durchgeführt. Zum Einsatz kam ein druckbetriebenes, keramisches Mikrofiltrationsmodul mit 0,2 µm Porenweite und 0,05 m² Membranfläche sowie ein getauchtes Ultrafiltrationssystem mit 0,04 µm Porenweite und 1 m² Membranfläche. Ziel war es, die Algen durch den Aufbereitungsprozess schonend zurückzuhalten, um eine zusätzliche Freisetzung der intrazellulären Toxine zu vermeiden. Als Rohwasser diente das Wasser der Talsperre Weida, Sachsen, das jahreszeitlich erhöhte Gehalte an Planktothrix rubescens enthält. Da während des Untersuchungszeitraumes nicht genügend Blaualgen im Talsperrenwasser vorlagen, wurden im Labormaßstab die Algenspezies Microcystis aeruginosa, Planktothrix rubescens und Anabaena flos aque kultiviert und entsprechend zudosiert.
Zur Erfassung des Freisetzungsverhaltens der Toxine wurden neben den mittels HPLC gemessenen Toxinen (Microcystin) auch die Farbpigmente Phycoerythrin, Phycocyanin und Chlorophyll mittels Fluoreszenzmessung als Indikatorparameter jeweils im gelösten und zellgebundenen Zustand erfasst. Dabei ergab sich eine gute Korrelation zwischen den beiden Mess-methoden. Der Vorteil der Fluoreszenzmessung besteht in der Online-Erfassung, sodass zeitnah ein Ergebnis zum Pigmentgehalt des Wassers erhalten wird. Aufgrund der bestehenden Korrelation kann aus dem Pigmentgehalt auf die Toxinfreisetzung geschlossen werden.
Beide Membransysteme hielten die Algen vollständig zurück, während die im Wasser gelösten Toxine die Membran erwartungsgemäß passierten. Ein geringer Rückhalt an gelösten Pigmenten wurde festgestellt, nachdem die Membran nicht regelmäßig gespült wurde und sich demzufolge eine Deckschicht auf der Membranoberfläche ausbildete, die entsprechende Trenneigenschaften aufwies.
Eine Freisetzung von Toxinen und Pigmenten konnte mit den beiden Membrantypen unter den gewählten Betriebsbedingungen bei Zugabe von Microcystis aeruginosa bzw. Planktothrix rubescens im Laborbetrieb nicht beobachtet werden. Jedoch war bei Zugabe von Anabaena flos aque eine Freisetzung von Toxinen im druckbetriebenen Membransystem nachweisbar. Aufgrund der im Vergleich zu Planktothrix ru-bescens feingliedrigeren Struktur von Anabaena flos aque ist dieses Verhalten verständlich.
Im getauchten UF-System war dies nicht der Fall. Es ist deshalb davon auszugehen, dass beim Betrieb getauchter Membranen eine geringere Freisetzung auftritt, da hierbei die Algen weniger stark beansprucht werden. Dies konnte auch durch den Betrieb einer kleintechnischen UF-Anlage (getaucht) mit 0,04 µm Porenweite und 46 m² Membranfläche (Bild) über einen Zeitraum von 10 Wochen unter Zugabe von Planktothrix agardhii, einer in größerer Menge am Versuchsstandort kultivierten Algenspezies, bestätigt werden.

Ansprechpartner

Förderung

BMBF - Bundesministerium für Bildung und Forschung