Was ist Remember

REMEMBER – Intensivierung von Filtrationsverfahren durch Einsatz funktionalisierter Membranen

Zukunftsfähige Technologien und Konzepte zur Erhöhung der Wasserverfügbarkeit durch Wasserwiederverwendung und Entsalzung (WavE)

Einhergehend mit dem Wachstum der Weltbevölkerung, steigt auch der globale Bedarf an Trinkwasser, sowie an Bewässerungswasser für die Landwirtschaft. Besonders in ariden und semiariden Regionen stellt die Wasserversorgung ein zunehmendes Problem, mit zum Teil drastischen Konsequenzen für die dort lebende Bevölkerung dar. Vorhandene Grund- und Oberflächenwasser können nur durch geeignete Filtrationsverfahren nutzbar gemacht werden.

Trinkwasserversorgung – ein globales Problem

Derzeit haben rund 1,2 Milliarden Menschen keinen gesicherten Zugang zu Trinkwasser. Durch den Konsum von unsauberem Wasser sterben jährlich etwa 840.000 Menschen, davon rund 360.000 Kinder unter 5 Jahren durch Magen- Darm- Erkrankungen oder andere Folgekrankheiten. Dies betrifft nicht etwa nur Dritte-Welt- und Schwellenländer, in denen häufig auch noch eine hohe Bevölkerungszahl und damit einhergehend ein gesteigerter Bedarf an Bewässerungswasser für die Landwirtschaft, die Situation verschärft. Auch Industrieländer, die früher ausreichend Wasserreserven zur Verfügung hatten, sehen sich diesem Problem zunehmend gegenübergestellt, wie aktuelle Beispiele in Kalifornien/USA zeigen. Laut Prognosen der WHO wird im Jahr 2025 die Hälfte der Weltbevölkerung in Regionen mit Wasserknappheit leben.

Membranfiltrationsverfahren – Möglichkeiten und Grenzen

Eine mögliche Quelle zur Minderung der Wasserknappheit stellen Grund- und Oberflächenwasser dar. Diese müssen jedoch vor der Verwendung als Trink- und Bewässerungswasser für die Landwirtschaft, aufbereitet werden. In diesem Zusammenhang kommen vor allem Technologien zum Einsatz, welche auf Filtermembranen beruhen, da diese sehr flexibel einsetzbar sind. Neben großtechnischen Anlagen, sind hier vor allem für die lokale Versorgung auch Klein- und Kleinstsysteme ein möglicher Lösungsansatz. Ein Beispiel für einen solchen Kleinfilter stellt der Wasserrucksack PAUL des Projektpartners MARTIN Membrane Systems dar. Hierbei handelt es sich um einen tragbaren Membran-Wasserfilter zur Trinkwasseraufbereitung, der selbst in abgelegenen Gebieten eine tägliche Produktion von 1200 Litern sauberem und sicherem Trinkwasser aus Grund- oder Oberflächenwasser erlaubt. Dieser basiert auf dem Ultrafiltrationsverfahren und ist in der Lage sowohl suspendierte Partikel, als auch pathogene Bakterien und Viren als Retentat abzutrennen und ist somit in der Lage rd. 400 Menschen (nach Sphere-Standards) zu versorgen.

Eine starke Einschränkung dieser Verfahren ist jedoch die Ablagerung der abzutrennenden Stoffe oder Partikel auf der Membranoberfläche, was als Fouling bzw. Scaling bezeichnet wird. Im Falle der Membranfiltration sind diese Ablagerungen auf der Membranoberfläche in erster Linie auf ein Biofouling, d.h. die Bildung eines Gels durch organische Komponenten, sowie durch Rückstände anorganischer Salze (Scaling) im Grund- und Oberflächenwasser zurückzuführen. Im fortlaufenden Betrieb bewirken diese Verunreinigungen eine kontinuierliche Verringerung des Wasserflusses durch die Membran und somit der Filterleistung. Dementsprechend muss eine Reinigung der Filterfläche in bestimmten Intervallen (je nach Verschmutzungsgrad des zu filtrierenden Wassers) erfolgen, um eine kontinuierliche Nutzung zu ermöglichen.

Intensivierung von Filtrationsprozessen durch funktionalisierte Membranen

Hier soll nun das neue Verbundprojekt „Ressourcen- und energieeffiziente Wasser- Membranfiltration mittels Dielektrophorese“ (REMEMBER) ansetzen. Das Gesamtziel des Vorhabens ist die Entwicklung von Membransystemen, welche durch den physikalischen Effekt der Dielektrophorese (Manipulation von Partikeln durch angelegte inhomogene, elektrische Felder) ein stark verringertes Fouling an der Filteroberfläche, und somit eine deutlich gesteigerte Effektivität und Lebensdauer, sowie erheblich verlängerte Wartungsintervalle aufweisen sollen. Die Herstellung der Membranen erfolgt hierbei durch die Kombination verschiedener innovativer Beschichtungs- und Strukturierungstechniken, die zielgerichtet und anwendungsfokussiert weiterentwickelt werden. Das Projekt umfasst dabei die Entwicklung von kostengünstigen Verfahren, sowohl für die Herstellung von im Siebdruckverfahren aufgebrachten Elektrodenstrukturen auf verschiedenen Membransubstratoberflächen, als auch die Inline- Atmosphärendruck-Beschichtung mit geeigneten dielektrischen Schichten zur Erhöhung der Alterungsbeständigkeit und Maximierung der wasserabweisenden Eigenschaften, um zusätzlich ein Ablagern von Fouling-Substanzen zu verringern.

Nach einem Projektauftakttreffen im Dezember 2016, sowie ersten Versuchen im Frühjahr 2017 zeigten sich die Vertreter der beteiligten Forschungs- und Industriepartner Fraunhofer- Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung, Universität Bremen – Zentrum für Umweltforschung und nachhaltige Technologien, Plasmatreat GmbH, nb technologies GmbH, Weser Umwelttechnik und MARTIN Membrane Systems AG sehr zuversichtlich im Hinblick auf die Erreichung der avisierten Projektziele. Im weiteren Projektverlauf gilt es nun zu prüfen, inwieweit sich die neuartigen Methoden und Technologien auf die etablierten Membranfiltrationsprozesse (sowohl Klein-, als auch stationäre Großanlagen) übertragen lassen.

REMEMBER – Intensivierung von Filtrationsverfahren durch Einsatz funktionalisierter Membranen

Fördermaßnahme

Zukunftsfähige Technologien und Konzepte zur Erhöhung der Wasserverfügbarkeit durch Wasserwiederverwendung und Entsalzung (WavE)

Projekttitel

Ressourcen- und Energieeffiziente Wasser-Membranfiltration mittels Dielektrophorese (REMEMBER)

 

Projektpartner

MARTIN Membrane Systems AG, Brüsewitz

Universität Bremen, Zentrum für Umweltforschung und nachhaltige Technologien, Bremen

nb technologies GmbH, Bremen

Plasmatreat GmbH, Steinhagen

Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM, Bremen

Weser Umwelttechnik, Bremen