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. |
| Vorgehensweise: | 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. |
