Verbundprojektkoordination:    DVGW-Forschungsstelle TUHH

Verbundpartner:  

• Politecnico di Milano (IT)
• Kompetenzzentrum Wasser Berlin (DE)
• BioDetection Systems (NL)
• Eurecat - Centre Tecnologic de Catalunya (ES)
• Umweltbundesamt (DE)
• Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (DE)
• Consorci d’Aigües de Tarragona (ES)
• Tutech Innovation GmbH (DE)
• Metropolitana Milanese SPA (IT)
• Multisensor systems (UK)

Projektleitung / Projektbearbeitung:

Dr. Anissa Grieb / Jon Wullenweber

Problemstellung:

Ein Fokus von SafeCREW liegt auf der Erforschung bisher unbekannter Nebenprodukte der Desinfektion und der weiteren Charakterisierung bereits bekannter Nebenprodukte und deren Entstehung. Mit den Forschungsergebnissen beabsichtigen die beteiligten Unternehmen Methoden zur Quantifizierung und zur Verminderung dieser Nebenprodukte zu entwickeln, um die menschliche Gesundheit zu schützen.

Das SafeCREW-Konsortium wird an drei Fallstudien in Norddeutschland, Italien und Spanien die Charakterisierung der Wasserqualität vorantreiben und neue Aufbereitungsverfahren und ein besseres Management der Wasserverteilnetze entwickeln, damit die hohe Trinkwasserqualität in der EU gesichert bleibt. Dies schließt alle Prozesse von der Quelle über die Aufbereitung bis ins Verteilungsnetz ein.

Neben der Verbundprojekt-Koordination liegt der Fokus unserer Forschungsstelle innerhalb des Projekts auf der chemikalienfreien Entfernung von natürlichem organischem Material (NOM) aus dem Wasser, um die Bildung von Desinfektionsnebenprodukten zu verhindern. Dazu wird die Ultrafiltration mit elektrisch leitfähigen Membranen weiterentwickelt. Weiterhin sind wir involviert in der Entwicklung eines passive samplers zur Überwachung von Pathogenen im Trinkwassernetz und in der Charakterisierung von NOM.

https://safecrew.org/

https://cordis.europa.eu/project/id/101081980

Follow us: @Safecrew_org or https://www.linkedin.com/showcase/safecrew-org/

Projektleitung / Projektbearbeitung:

Prof. Mathias Ernst / Natalie Lüdemann

Problemstellung:

Erhöhte Nitratwerte in Gewässern, insbesondere im Grundwasser, stellen ein globales Problem für die Trinkwasserversorgung dar (Weltgesundheitsorganisation 2011; Mohseni-Bandpi et al. 2013). Aufgrund seiner krebserregenden Eigenschaften und der Gefahr, Methämoglobinämie zu verursachen, basieren die Empfehlungen der Weltgesundheitsorganisation (WHO) und der Europäischen Wirtschaftsgemeinschaft (EWG) auf einem Trinkwassergrenzwert von 50 mg NO3-/l, der auch in der deutschen Trinkwasserverordnung (TrinkwV; Weltgesundheitsorganisation 2011) enthalten ist. Zur Entfernung von Nitrat aus Trinkwasser können verschiedene Aufbereitungstechniken eingesetzt werden, wie Umkehrosmose, Ionenaustausch, Elektrodialyse und biologische Denitrifikation. Die biologische Aufbereitung rückt zunehmend in den Fokus, da sie im Vergleich zu physikalisch-chemischen Verfahren durch die vollständige und selektive Reduktion von Nitrat zu Stickstoff eine hohe Wasserrückgewinnung bei moderaten Kosten bietet (Rezvani et al. 2019).

Die biologische Denitrifikation kann in auto- und heterotrophe Denitrifikation unterteilt werden. Die heterotrophe Denitrifikation wird in der Regel in der Abwasserbehandlung eingesetzt. Hier werden biologisch leicht abbaubare organische Kohlenstoffquellen benötigt, die jedoch bei der Trinkwasseraufbereitung aufgrund des beschleunigten schnellen Wachstums von Mikroorganismen ein hygienisches Risiko darstellen können. Die autotrophe Denitrifikation nutzt ausschließlich anorganischen Kohlenstoff wie CO2, weshalb diese Methode für die Trinkwasseraufbereitung, insbesondere für Grundwasser, vorzuziehen ist (Rezvani et al. 2019). In den letzten Jahren werden zunehmend bioelektrochemische Systeme (BES) im Zusammenhang mit der biologischen Denitrifikation diskutiert (Cecconet et al. 2018; Rezvani et al. 2019).

Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung eines autotrophen denitrifizierenden bioelektrochemischen Systems zur Trinkwasseraufbereitung. Der Schwerpunkt liegt auf der Suche nach geeigneten Kathodenmaterialien und deren Formen, die als Elektronendonatoren und geeignete Lebensräume für Mikroorganismen fungieren können. Der Prozess wird im Hinblick auf seine Stabilität, relevante Randbedingungen und Herausforderungen bei der Umsetzung untersucht.

Zunächst wurden einfache Batch-Versuche konzipiert, um wesentliche Einflussparameter zu identifizieren und die grundlegenden Prozesse in einem innovativen Reaktoraufbau zu optimieren. Anschließend wird dieser Versuchsaufbau mit unterschiedlichen Elektrodenmaterialien und variierenden Materialeigenschaften und Formen durchgeführt. Auf Basis der Batch-Ergebnisse soll ein kontinuierliches bioelektrisches Reaktorsystem aufgebaut werden.

Projektkoordination: DVGW-Forschungsstelle TUHH
Projektpartner:
•    TZW: DVGW-Technologiezentrum Wasser
•    Umweltbundesamt (Fachgebiet II 3.3, Wasseraufbereitung)
Assoziierte Partner:
•    HOFOR (Wasserversorgung und Abwasserentsorgung Kopenhagen)
•    Zweckverband Wasserversorgung und Abwasserentsorgung Ostharz

Projektleitung / Projektbearbeitung:

Problemstellung:

Der Einsatz von Antiskalanten (AS) ist in der Aufbereitung von Trinkwässern mittels Umkehr¬osmose (RO) bzw. Nanofiltration (NF) in Deutschland gängige Praxis. In den ca. 90 Anlagen werden unter-schiedliche technische Produkte eingesetzt, i. d. R. auf Basis von Phosphonsäure, aber auch phosphorfreie AS auf Basis von Polyacrylsäuren. Die zugelassenen Antiskalanten sind in der §-20-Liste der TrinkwV festgelegt.
Das Vorläuferprojekt KonTriSol (Förderung BMBF/DVGW, Projektende 2023) zeigte akute Problemlagen beim Einsatz von AS in der Membranfiltration auf. Es wurden Restkonzentrationen von Antiskalanten in Permeaten bzw. Trinkwässern entsprechender Anlagen gefunden.
Außerdem ist bei P-haltigen Antiskalanten unklar, welche Auswirkung Nebenbestandteile der Produkte haben. Bei P-freien Produkten gibt es Hinweise, dass der Wirkstoffanteil mit kleiner Molekülmasse unwirksam ist oder Biofouling verursachen kann.

Es werden Lösungen mit Blick auf die jeweiligen Produktverunreinigungen der AS, die Humantoxizität sowie das Betriebsverhalten gesucht.
Unter direkter Einbindung des UBA als Projektpartner sollen sichere betriebliche, regelwerkbasierte und rechtliche Bedingungen für Deutschland abgeleitet werden.
Die konkreten Zielsetzungen sind folgende:

• Weiterentwicklung der Analytik für die verschiedenen Arten von Antiskalanten, u.a. um den Umfang des Übertritts von AS in das Permeat der RO/NF zu klären
• Vereinfachung der Analytik der AS durch Entwicklung einer „Analytischen Testbatterie“, damit vereinfachte, kostengünstige und schnelle Charakterisierungen umsetzbar sind
• Identifikation von sicheren und unbedenklichen AS- Formulierungen (in Bezug auf Nebenbestandteile, Membrangängigkeit, Foulingpotential in RO/NF, Verkeimungspotential in Trinkwasserverteilung)
• Untersuchung sogenannter „grüner“ Antiskalanten (in Deutschland noch nicht zugelassen) in Hinblick auf Wirksamkeit und mögliche Nebeneffekte
• Vorschläge für eine rechtssichere Regelung über das technische Regelwerk des DVGW (W236) sowie die §-20-Liste der TrinkwV

Verbundprojektkoordination:    Inflotec GmbH

Verbundpartner:  

• DVGW-Forschungsstelle TUHH

• Bundeswehr, Wehrwissenschaftliches Institut für Schutztechnologien

• Umweltbundesamt

• Surflay Nanotec GmbH

   

Projektleitung / Projektbearbeitung:

Dr.-Ing. Barbara Wendler, NN

Problemstellung:

Das Ziel des Vorhabens KeraRes ist die Entwicklung eines neuen Membranprozesses zur ressourceneffizienten Wasseraufbereitung. Durch Post-Modifikation mit Polyelektrolyten wird eine keramische Nanofiltrationsmembran (NF) hergestellt, mit der die sichere Aufbereitung selbst von schwer behandelbaren Wasserressourcen (z.B. Flusswasser, Abwasser, Regenwasser) in einem Aufbereitungsschritt ermöglicht werden soll. Sowohl Partikeln (z.B. Mikroplastik), Bakterien und Viren, als auch gelöste Wasserinhaltsstoffe (Organik, Salze) sollen zurückgehalten werden.

Herkömmliche NF-Membransysteme unterliegen grundsätzlich dem Problem des Foulings (Partikeln, Organik, Ausfällungen, Biofilm), d.h. dass die Membranen mit zunehmender Betriebsdauer durch Deckschichtbildung organischer sowie anorganischer Partikeln verblocken. Eine Rückspülung ist bei herkömmlichen NF-Wickelmembranmodulen nicht möglich und durch Membranreinigung (Cleaning-in-Place) kann nur ein Teil der Deckschicht wieder entfernt werden. Daher erhöht sich der Energiebedarf über die Betriebsdauer bis zu dem Punkt, an welchem die Membranmodule ausgetauscht werden müssen. Mit dem KeraRes-Membranprozess soll dieses Problem durch Regeneration der LbL-Beschichtung gelöst werden: die alte LbL-Schicht wird durch pH-Erhöhung aufgelöst und danach neu aufgetragen.

Das KeraRes-Projekt konzentriert sich auf die Entwicklung einer innovativen Wasseraufbereitungstechnologie. Dafür werden mithilfe des Layer-by-Layer (LbL)-Verfahrens funktionale Polyelektrolyt-Schichten auf Keramikmembranen aufgebracht. Mit den beschichteten Membranen sollen mehrwertige Ionen wie Härtebildner effizient entfernt werden, ebenso organische Moleküle, auch persistente Verbindungen wie PFAS.

Die Rückspülbarkeit und Regenerierbarkeit der NF-Trennschicht ermöglichen einen einstufigen Prozess, der die Vorbehandlung des Wassers durch Mikrofiltration überflüssig macht. Durch eine bessere Kontrolle der Verschmutzung (Fouling) kann die Energieeffizienz weiter gesteigert werden.

Das Teilprojekt der DVGW-Forschungsstelle TUHH beinhaltet vor allem die Charakterisierung der LbL-beschichteten Membranen. Um die Eigenschaften der Beschichtung zu erfassen und zu optimieren, wird die beschichtete Membranoberfläche auf ihre Struktur und Ladungseigenschaften untersucht. Das Filtrationsverhalten (Trenneigenschaften und Permeatflux) wird durch Laborversuche mit verschiedenen Wässern erfasst, einschließlich des Fouling- und Rückspülverhaltens und Energiebedarfs. Diese Charakterisierung ermöglicht Rückschlüsse für weitere Anpassungen der Beschichtung. Die Filtrationstests mit Modellwässern und Testwässern liefern umfassende Daten für die Modulentwicklung und die Bewertung des Filtrationsprozesses.