Dissertationen
Umkehrosmose ist ein Ressourcen schonendes und ökologisch verträgliches Membranverfahren zur Wasseraufbereitung. Aufgrund ihres Rückhaltevermögens gegenüber gelösten Salzen werden Umkehrosmosemembranen nicht nur zur Reinigung von Abwasser, sondern auch zur Herstellung von Ultrareinstwasser sowie zur Entsalzung von Meerwasser verwendet. Die insgesamt bereits sehr ausgereifte Technologie hat in dem sogenannten Fouling einen Nachteil. Hierunter versteht man die Verminderung der Effizienz mit fortschreitender Nutzungsdauer durch die Bildung einer Deckschicht auf der Membranoberfläche. Besonders hervorzuheben ist dabei das Biofouling, das heißt die Anheftung und Vermehrung von Mikroorganismen, die einen Biofilm auf der Oberfläche bilden. Die Bekämpfung von Biofouling wurde bereits in anderen Anwendungsbereichen, wie beispielsweise bei Schiffsanstrichen oder in der Medizintechnik, erfolgreich durch das Anlegen eines elektrischen Potenzials an die zu schützende Oberfläche bewerkstelligt. Im ersten Abschnitt der Arbeit wurde zur Übertragung dieser Methode auf die Umkehrosmosemembran eine Modifizierung der elektrischen Eigenschaften durchgeführt. Hierbei zielte ein Ansatz auf die Herstellung eines elektrisch leitfähigen Verbundwerkstoffs aus dem isolierenden Matrix-Polymer Celluloseacetat mit leitfähigen Carbon Nanotubes und der anschließenden eigenen Herstellung der Membran ab. Bei einem zweiten Ansatz wurde auf die Oberfläche kommerziell erhältlicher Polyamid-Membranen ein elektrisch leitfähiges Netzwerk aus Carbon Nanotubes aufgebracht. Eine gute Flächenleitfähigkeit gepaart mit möglichst geringer Beeinträchtigung der Membraneigenschaften wurde insbesondere bei der Verwendung des letzteren Ansatzes erzielt. Der zweite Abschnitt der Arbeit beinhaltet die Untersuchung der Antifouling- Wirkung der hergestellten Membranen auf den Testorganismus Staphylococcus warneri bei Anlegen eines elektrischen Potenzials unter Variation verschiedener Parameter. Es konnte gezeigt werden, dass ein konstantes positives Potenzial von 2 V gegenüber Ag/AgCl in 3M KCl eine starke Abnahme der anhaftenden Bakterien zur Folge hat, während verschiedene andere zeitliche Potenzialverläufe keinen Einfluss auf die bakterielle Belegung hatten. Basierend auf weiteren Ergebnissen wurde die elektrostatische Wechselwirkung der Mikroorganismen mit dem Membranpotenzial als Mechanismus für die Reduktion des Biofoulings identifiziert. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein auf industriellem Maßstab anwendbares Verfahren entwickelt, durch das Umkehrosmosemembranen mit einer elektrischen Flächenleitfähigkeit versehen werden können, ohne die Trenneigenschaften der Membran wesentlich zu verschlechtern. Auf der Basis der erzielten Erkenntnisse soll in nachfolgenden Arbeiten die Wirksamkeit der Methode gegenüber weiteren Mikroorganismen untersucht werden. Ebenfalls könnte die Antifouling-Wirkung durch die zusätzliche Einbeziehung weiterer bekannter Wirkmechanismen verstärkt werden.
Elektrisch leitfähige Umkehrosmosemembranen
zur Verminderung des
Biofoulings, Dissertation von Mathias
Nolte, Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Wolfgang
Calmano, TU Hamburg-Harburg, Institut
für Umwelttechnik und Energiewirtschaft
kostenloser Download:
http://doku.b.tu-harburg.de/
volltexte/2009/777
Quelle:
KA Korrespondenz Abwasser, Abfall • 2011 (58) • Nr. 4