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Improved energy efficiency in membrane processes - water desalination and purification

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Membranprozesse zur Aufbereitung von verunreinigtemWasser

Für viele Länder ist frisches Trinkwasser ein unmittelbarer Grund zur Sorge und in absehbarer Zukunft wird es auch für Europa ein Hauptanliegen sein. Es besteht ein dringender Bedarf an Trinkwasser von hoher Qualität zu möglichst niedrigem Preis. Seit 1988 werden durch europäische Richtlinien strenge Vorschriften zur Qualität und Trinkbarkeit von Wasser eingeführt. Die effektive Aufbereitung von verunreinigtem Wasser zur Wiederverwendung wird künftige Situationen des Wassermangels erheblich auffangen. Das oberste Ziel des gegenwärtigen Projekts ist die Verbesserung und Modernisierung der vielversprechendsten Prozesse zur Wasserreinigung, nämlich die unter Einsatz von Membranen.

Klimawandel und Umwelt

Mit Membranen ausgestattete Wasseraufbereitungsanlagen können die Möglichkeit bieten, derzeit nicht aufbereitbare Wasserquellen zu nutzen. Der Einsatz von Membranen ist zur Entsalzung und Reinigung von Wasser sehr effizient. Darüber hinaus haben Membranprozesse das Potenzial für enorme Energieeinsparungen und erhebliche Kosteneinsparungen im Vergleich zu thermischen Entsalzungsanlagen. Membranen werden bis heute nur begrenzt und lediglich für bestimmte Wasserquellen eingesetzt. Dies ist auf das Problem der Membranverschmutzung zurückzuführen. Einfach ausgedrückt bedeutet die Membranverschmutzung das Verstopfen der Membran durch Schadstoffe. Ablagerungen machen daher die sofortige Reinigung der Membran oder manchmal sogar deren Austausch notwendig. Das aktuelle Projekt hat seine Forschungsbemühungen auf Methoden konzentriert, die diese Verschmutzung minimieren und die Membran vor rascher Funktionsminderung schützen sollen. Wenn dieses Ziel erreicht wird, wird der Einsatz von Wasseraufbereitungsanlagen sofort verbessert. Die Forschungsziele wurden mit der Entwicklung verschiedener innovativer Methoden erreicht. Neue fortschrittliche Speisewasservorbehandlungsanlagen wurden unter Verwendung einer Ultrafiltrationsmembran erforscht. Die Verfahren zur Kontrolle der Membranverschmutzung wurden mithilfe neuer belaghemmender Mittel verbessert. Dabei handelt es sich um Stoffe, die im Wesentlichen die Fähigkeit besitzen, die Membran von Verschmutzungen zu reinigen. Schließlich wurden die Kriterien für die Auswahl einer optimalen Vorbehandlungsanlage in Abhängigkeit der Art des Rohmaterials und der Membran bestimmt. Gegenwärtig werden vier Hauptmembranprozesse eingesetzt: Mikrofiltration (MF), Ultrafiltration (UF), Nanofiltration (NF) und Umkehr-Osmose (UO). Mittels Pilotversuchen wurden die Kriterien für die Entwicklung und Durchführung der Membranprozesse für stark verschmutztes Wasser entwickelt. Insbesondere bei problematischen Wasserquellen (z.B. verschmutzte Flüsse und Brackwässer) ergab die Optimierung der Entwicklung eine gewisse Kostensenkung bei einem sehr geringen Energieverbrauch. Weitere Einzelheiten zu den Kriterien für die Auswahl und Entwicklung von Membranprozessen sind abrufbar unter: hier klicken. Für den Entsalzungsprozess mittels Umkehr-Osmose gibt es drei Kategorien der Verschmutzung: die kolloidale oder organische Verschmutzung, Bio-Verschmutzung und Ablagerungen. Experimentelle Ergebnisse, die eine große Bandbreite wichtiger Parameter abdecken, wurden bei der kolloidalen Membranverschmutzung erzielt. Ferner wurde eine umfangreiche Literaturprüfung und kritische Bewertung der Literatur über diese Form der Verunreinigung durchgeführt. Weitere Informationen über die Verbesserung der Verschmutzungsindizes für mit UO gereinigte Speisewässer sind abrufbar unter: hier klicken. Überdies haben die Projektpartner einen speziellen Versuchsabschnitt entwickelt, der die Durchführung von mikroskopischen optischen Online-Beobachtungen während der Membranfiltration oder der Rückspülung gestattet. Die optischen Beobachtungen liefern wertvolle Informationen über die Entwicklung der Ablagerungen der Verschmutzung. Weitere Einzelheiten über den Versuchsabschnitt sind abrufbar unter: hier klicken. Das gegenwärtige Forschungsprojekt hat die Kosten- und Energieeffizienz von Wasserreinigungsprozessen wesentlich verbessert. Die gezieltere Auswahl von belaghemmenden Mitteln, neuartige Methoden zur Verminderung der Ablagerungen und die dank der besseren Wasservorbehandlung erhöhte Produktivität und Lebensdauer von UO-Membranen werden den Wasserindustrien und gemeinschaften großen Nutzen bringen. Industriesektoren wie Landwirtschaft und Nahrungsmittelindustrien, Entsalzungsunternehmen, Wasseraufbereitungsunternehmen und Hersteller von belaghemmenden Mitteln werden die entwickelte Technologie umfassend nutzen.

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