Charakterisierung des Foulingpotenzials von Membranen< zurück

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Schematische Darstellung der Kopplung von KLEMOFIA und NPA/LIBD

Im Rahmen des Forschungsvorhabens „Charakterisierung des Foulingpotenzials von Rohwasser und Maßnahmen zur gezielten Minimierung des Foulings bei der Trinkwassergewinnung mittels Niederdruck-Membranfiltration (FOULMEM)“ wurde eine Methode entwickelt, mit der es möglich ist, das Foulingpotenzial eines Wassers durch Nanopartikel zu ermitteln, das mittels UF aufbereitet werden soll.

Ausgangspunkt waren systematische Untersuchungen an einer im Projekt entwickelten Kleinstmodulfiltrationsanlage (KLEMOFIA) mit Modellwässern, die Nanopartikel definierter Größe und Konzentration enthielten. Als Fouling wird der während des Filtrationsprozesses über eine festgelegte Membranfläche verursachte Anstieg des Transmembrandruckes (TMP) bei konstanter Flächenbelastung und Temperatur betrachtet. Die KLEMOFIA wurde unter praxisnahen Filtrations- und Spülbedingungen betrieben. Die regelmäßige Spülung der Membranen erfolgte automatisch. Um die Permeabilität wiederherzustellen, wurden die Membranen nach jeder Versuchsreihe einer chemischen Reinigung mit Chlorbleichlauge unterzogen. Damit waren reproduzierbare Versuchsreihen mit derselben Membran möglich.

Der Nachweis der Nanopartikel in den Modellwässern erfolgte über ein hochempfindliches Nachweisverfahren auf der Basis der Laserinduzierten Break-Down-Detektion (NPA/LIBD). Diese Analytik wurde im Teilprojekt durch die Forschergruppe Feuchtemesstechnik der Universität Karlsruhe übernommen, deren apparative Ausrüstung sich im Forschungszentrum Karlsruhe GmbH (FZK), Institut für Technische Chemie, Bereich Wasser- und Geotechnologie (ITC-WGT) befindet. Für mehrere Versuchsreihen wurden die beiden Apparaturen, wie im Bild dargestellt, gekoppelt. Damit waren direkte Messungen der erzeugten Filtrate möglich, ohne die Gefahr der Kontamination der Proben durch den Transport. Die Charakterisierung der Wässer erfolgte hinsichtlich der Nanopartikelgröße bzw. des Nanopartikelvolumens sowie hinsichtlich der Zusammensetzung der organischen Wasserinhaltsstoffe mittels Gelchromatographie (LC-OCD).

Aus den Versuchen mit synthetischen Wässern war zu entnehmen, dass kleine Partikel im Größenbereich von 20-50 nm einen größeren Anstieg des TMP verursachten als größere Partikel (100-200 nm). Dies wurde sowohl für Polystyrolpartikel als auch inerte Eisenoxidpartikel festgestellt.

Durch den Betrieb der KLEMOFIA mit natürlichen Wässern wird ein Anstieg des Transmembrandruckes verursacht, dessen Ausmaß in gewisser Weise mit dem mittels NPA/LIBD ermittelten Gehalt an kolloidalen Partikeln bzw. mit dem mittleren Partikeldurchmesser korreliert.

In natürlichen Wässern wird der Einfluss des partikulären Foulings durch die Wechselwirkung der vorhandenen gelösten organischen Wasserinhaltsstoffe (Huminstoffe) mit dem Membranmaterial überlagert, d.h. es kommt zu organischem Fouling durch die Adsorption höhermolekularer Huminstofffraktionen an der Membranoberfläche. Dass es diese Fraktionen sind, die Fouling verursachen wurde durch verschiedene vergleichende Versuche bestätigt, bei denen natürliche Wässer ohne vorgeschaltete Flockung einen starken TMP-Anstieg verursachten während die Wässer, denen eben diese Fraktion durch eine vorgeschaltete Flockung und Filtration entfernt wurde einen deutlich geringeren Anstieg des TMP verursachten.

Ansprechpartner

Dr.-Ing. Pia Lipp

Tel.: +49(0)721/9678-127
Fax: +49(0)721/9678-109
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Weitere Informationen

Förderung

BMBF - Bundesministerium für Bildung und Forschung

Fördernummer: 02WT0644 / 02WT0645

DVGW - Deutscher Verein des Gas- und Wasserfachs

Fördernummer: W4/02/05

Projektdauer

2005 – 2008