Projektleitung / Projektbearbeitung:

Prof.Dr. Mathias Ernst, Muhammad Ismahil

Problemstellung:

Aufgrund des Klimawandels, des Bevölkerungswachstums und der zunehmenden Verschmutzung unserer Umwelt ist Wasserknappheit zu einem weltweiten Problem geworden. Als Alternative zu herkömmlichen Wasseraufbereitungsanlagen sind membranbasierte Verfahren derzeit die effektivste Lösung für die Trinkwasserfiltration, die Abwasseraufbereitung und industrielle Energieanwendungen (Abdelrasoul et al., 2020). Die vielseitigen Membrantrennverfahren können für die Entfernung von organischen Schadstoffen, Partikeln, Farbe, Mikroben und Viren sowie für die Entsalzung von Meerwasser eingesetzt werden (Ang et al. 2015). Die Herausforderungen in der Membrantechnologie in Bezug auf das Foulingverhalten, Scaling und den Energieverbrauch erfordern jedoch Forschung und Entwicklung, um nachhaltigere Membrananwendungen zu erhalten.

Die Modellierung von Membranen ermöglicht es, wichtige Informationen über die Leistungsfähigkeit und Selektivität der Membranen zu erhalten. Obwohl die Mechanismen der Permeation und der Zurückweisung komplex sind, ermöglicht ein mathematisches Modell die Minimierung der Anzahl von Laborexperimenten, die für die Entwicklung erforderlich sind, und führt somit zu geringeren Kosten und Zeiteinsparungen (Ang et al., 2015).

Am Institut für Wasserressourcen und Wasserversorgung werden mehrere experimentelle Forschungsprojekte im Labor- und Pilotmaßstab zu Membranfiltrationsverfahren durchgeführt.So werden beispielsweise mit Amingruppen modifizierte PAN-UF-Membranen für die Entfernung von Sauerstoffanionen aus Trinkwasserquellen untersucht (Glass et al., 2021). Andere innovative Projekte untersuchen das Elektrosorptions- und -desorptionsverhalten von natürlichen organischen Stoffen an leitfähigen Membranoberflächen (Mantel et. al., 2021) oder untersuchen die Aufbereitung von verbrauchtem Filterrückspülwasser mittels Membranfiltration zum Wasserrecycling in der Trinkwasserversorgung. Eine der Herausforderungen bei letzterem Verfahren ist das entstehende Fouling-Potenzial auf der Membranoberfläche (Kast et. al., 2022).

Das Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung eines mathematischen Modells, das die relevanten Mechanismen in einem porösen Membranfiltrationsprozess beschreibt. Später soll das Modell um die Berücksichtigung des Adsorptionsverhaltens sowie der elektrostatischen Sorptions- und Desorptionseffekte erweitert werden. Zur Validierung des Modells werden die gesammelten experimentellen Daten aus laufenden Forschungsprojekten verwendet.