Membranfilter zur Reduktion von Fouling durch Dielektrophorese

#Membranfiltration #Foulingreduktion #Dielektrophorese #Siebdruck #Dünnschichttechnologie
Skizze der Membranfilter, Mikroelektroden werden per Siebdruck auf Membranfilter aufgebracht und erzeugen eine Kraft, die Partikel von der Ablagerung auf der Membran abhalten. Die Permeabilität als Funktion der Zeit sinkt bei DEP-funktionalisierten Membranen weniger stark ab als bei nicht funktionalisierten. Nach 5 Stunden Laufzeit ist die Permeabilität der DEP-Module doppelt so hoch wie die der unfunktionalisierten Module.
Schematische Darstellung einer funktionalisierten Membranoberfläche (links) und experimenteller Nachweis der Erhöhung der Permeabilität mittels DEP (rechts). Bildnachweis: Universität Bremen

Ein Problem der Membranfiltration ist das Verblocken der Membranoberfläche durch den abzutrennenden Stoff. Die entwickelten funktionalisierten Membranmodule benutzen einen elektrischen Effekt, der diese Ablagerung reduziert. Dadurch lässt sich die Zeit bis zur Membranreinigung verlängern und der Durchfluss durch die Membran erhöhen.

Die Trinkwasserknappheit spitzt sich aufgrund des zunehmenden Wasserbedarfs bei einer geringer werdenden Verfügbarkeit an reinen Wasserquellen immer mehr zu. Filtermembranen zur Wasseraufbereitung zeigen eine starke Einschränkung: Die Ablagerung der abzutrennenden Stoffe auf der Membranoberfläche, auch Fouling genannt, führt im fortlaufenden Betrieb zu einer kontinuierlichen Verringerung des Wasserflusses durch die Membran. Die entwickelten Dielektrophorese-Membranmodule (DEP-Module) helfen Membranfouling maßgeblich verringern. Dazu werden polymere Membranoberflächen über ein Siebdruckverfahren mit Elektroden ausgestattet und anschließend durch einen innovativen Prozess mit einer dünnen Schutzschicht aus Titanoxid versehen. Durch Anlegen einer geringen Wechselspannung erzeugen die Elektroden ein starkes elektrisches Feld über der Membranfläche, was Schwebstoffe durch elektrokinetische Kräfte bei der Filtration von der Ablagerung abhält.

In Labortests unter Idealbedingungen konnte die Standzeit – also die Zeitspanne die vergeht, bis der Permeatstrom durch das Modul auf einen Drittel des Anfangswerts abgefallen ist – um das Fünffache verlängert werden. In einer Pilotanlage mit einem Durchsatz von ca. 1 m3 pro Tag wurde in einer kommunalen Abwasserbehandlungsanlage eine um 50% höhere Permeabilität (Durchfluss in Abhängigkeit von der angelegten Druckdifferenz) im Vergleich zu regulären Modulen erzielt. Die entwickelte Prozesstechnik kann wegen des geringen Energiebedarfs später sowohl für kompakte, tragbare Filtersysteme, z.B. für Krisensituationen, als auch für dezentrale oder stationäre Systeme eingesetzt werden.

Wasser­ressource: Abwasser, Oberflächenwasser, Prozesswasser
Produkttyp:
  • Technologien & Verfahren
TRL: 5
    TRL (Technology Readiness Level)
  • TRL 1 - Grundprinzipien beobachtet
  • TRL 2 - Technologiekonzept formuliert
  • TRL 3 - Experimenteller Nachweis des Konzepts
  • TRL 4 - Technologie im Labor überprüft
  • TRL 5 - Technologie in relevanter Umgebung überprüft (bei Schlüsseltechnologien im industrieorientierten Umfeld)
  • TRL 6 - Technologie in relevanter Umgebung getestet (bei Schlüsseltechnologien im industrieorientierten Umfeld)
  • TRL 7 - Test eines System-Prototyps im realen Einsatz
  • TRL 8 - System ist komplett und qualifiziert
  • TRL 9 - System funktioniert in operationeller Umgebung (bei Schlüsseltechnologien oder Raumfahrt wettbewerbsfähige Fertigung)
Anwendungs­sektor: Industrie, Städte und Kommunen, Wasserwirtschaft
Fördermaßnahme: WavE
Projekt: REMEMBER

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