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TU Berlin

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Fouling von Mikro- und Ultrafiltrationsmembranen durch organisches Material aus kommunalem Abwasser

  • Finanzierung: Anjou Recherche, Veolia Water
  • Projektleitung: Prof. Dr.-Ing. M. Jekel
  • Bearbeitung: Dipl.-Ing. Claudia Laabs
  • Kooperation: Prof. Gary Amy, University of Colorado at Boulder, USA

Problemstellung
Je nach Porengröße können Membranen gelöste Stoffe, Kolloide und Partikel aus dem Zulaufwasser entfernen, wobei organische und anorganische Einzelstoffe zurückgehalten sowie die organische Stofffracht insgesamt reduziert werden. In den letzten zehn bis fünfzehn Jahren sind Mikro- und Ultrafiltrationsmembranen technisch als auch ökonomisch zunehmend sinnvoller und kostengünstiger einsetzbar geworden. In der Abwasserbehandlung werden sie sowohl zur weitergehenden Reinigung von Kläranlagenablauf als auch in Membranbelebungsreaktoren eingesetzt, wobei in letzterem Fall die Nachklärung in einem separaten Becken entfällt.

Das Hauptproblem bei der Anwendung von Membranen liegt nach wie vor in dem hohen Foulingpotenzial des organischen Materials, da bei zu starkem Fouling die Membranen nicht effizient betrieben werden können. Man unterscheidet je nach Art und Zusammensetzung zwischen kolloidalem und organischem Fouling, Biofouling sowie Scaling. Im Rahmen dieses Projektes wird das Fouling von Mikro- und Ultrafiltrationsmembranen durch organisches Material aus Kläranlagenablauf sowie das Fouling von Membranbelebungsreaktoren untersucht. Ziel ist es die foulingverursachenden Substanzen näher zu charakterisieren und die Mechanismen des Foulings zu klären.

Vorgehensweise
Rührzellentests mit Kläranlagenablauf sowie daraus isolierten Fraktionen sollen Aufschluss über das Foulingverhalten liefern. Getestet werden sowohl hydrophobe (PVDF = Polyvinyliden Fluorid) als auch hydrophile (CA = Cellulose Acetat) Mikro- und Ultrafiltrationsmembranen. Zulaufwasser und Permeat werden mittels Gelpermeationschromatographie (LC-OCD) charakterisiert, wobei die LC OCD (Liquid Chromatography-Organic Carbon Detection) Technik eine Quantifizierung des organischen Materials anhand der Kohlenstoffbestimmung mittels TOC und eine qualitative Analyse aufgrund des gelchromatographischen Aufschlusses ermöglicht. Dabei haben sich insbesondere große Makromoleküle wie Polysaccharide und organische Kolloide als foulingverursachende Substanzen herausgestellt. Anhand zweier MBR Pilotanlagen konnte zudem festgestellt werden, dass diese Stoffe in Form von extrazellulären polymeren Substanzen (EPS) von den Mikroorganismen des belebten Schlammes produziert werden. Dabei wird besonders viel EPS produziert, wenn die Mikroorganismen erhöhtem Stress ausgesetzt sind (z.B. bei Sauerstoffmangel), was dann zu einer erhöhten Foulingrate führt.

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