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Fouling durch NOM bei der Ultra- und Nanofiltration (Willy-Hager I)

Fouling durch NOM bei der Ultra- und Nanofiltration (Willy-Hager I)
Ansprechpartner:

 

Fritz H. Frimmel,
Gudrun Abbt-Braun

Projektgruppe:Projektgruppe
Förderung:

Willy-Hager-Stiftung

Laufzeit

abgeschlossen

Beschreibung

Fouling durch NOM bei der Ultra- und Nanofiltration
(Willy-Hager I)

Ein zentrales Problem bei der Membranfiltration stellt das sogenannte Fouling dar, bei dem die Adsorption von gelöste Substanzen sowie die Anlagerung von Partikeln und Kolloiden auf der Membranoberfläche zu Deckschichten führen. Eine wichtige Rolle spielen in diesem Zusammenhang die natürlichen organischen Substanzen (NOM: natural organic matter), die bei der Membranfiltration von natürlichen Wässern hauptsächlich für das Fouling verantwortlich sind.

In einem über drei Jahre von der Willy-Hager-Stiftung, Stuttgart geförderten Projekt werden die Auswirkungen von Fouling durch NOM bei der Ultra- und Nanofiltration untersucht. Ziel der Untersuchungen ist ein tieferes Verständnis der physikalischen, chemischen und biologischen Vorgänge, die beim Fouling von Ultra- und Nanofiltrationsmembranen durch NOM stattfinden.

Hierfür werden Experimente in einer Flachkanalmodulanlage durchgeführt. Die FKM besteht aus 8 Flachkanalzellen mit ähnlichen Strömungsverhältnisse, wie sie in Wickelmodulen auftreten.

Um die komplexen Vorgänge beim NOM-Fouling besser beschreiben zu können, wird bei den Untersuchungen zwischen Fouling durch NOM in den Poren (Porenfouling) und Fouling durch NOM auf der Membranoberfläche (Oberflächefouling) unterschieden.

Messungen der Permeabilität vor und nach einer mechanischen Deckschichtentfernung sowie rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen der Membranquerschnitte zeigen, dass bei der Ultrafiltrationsmembran vornehmlich Porenfouling auftritt (Anteil der Porenfouling zwischen 44 und 72%), wohingegen bei der Nanofiltrationsmembran lediglich Oberflächefouling zur beobachten ist. Im direkten Vergleich zeigt die Nanofiltrationsmembran im Verhältnis zu Ultrafiltrationsmembran pro durchgesetztem Permeatvolumen einen um 50% geringeren Rückgang des normalisierten Permeatflusses. Abgesehen von dem Membranmaterial, begründet das geringe Porenfouling durch die Nanofiltrationsmembranen den niedrigen Cut-off, bzw. den hohen Rückhalt, da hierdurch  ein Eindringen der NOM in die Membran vermieden wird.

Untersuchungen zur Zusammensetzung der Deckschicht werden unter anderen mit NMR (nuclear magnetic resonance) Methode und mit der FISH-Methode (fluoreszente in-situ Hybridisierung) durchgeführt.