Beschreibung

Der Einsatz von Membranen in kleinen und Kleinstmembrankläranlagen ist insbesondere in ökologisch sensiblen Gebieten oder bei Trinkwasserknappheit interessant. Es fehlten aber bisher geeignete Polymermembranen, die bereits bei sehr kleinen Drücken eine hohe Permeation zeigen und bezüglich Verblockung und Rückspülung so robust sind, dass eine Vorreinigung überflüssig ist. Im Rahmen dieses Projektes wurden bekannte Ansätze zur Modifizierung der Matrix (Mixed-Matrix-Membran) und der Oberfläche (Plasmadünnschichtmodifizierung) zusammengeführt, um neue leistungsfähige und robuste Membranen zu entwickeln. Ein bereits bekanntes Konzept sind Mixed-Matrix-Membranen, bei denen durch Zusatz von Additiven zu einer polymeren Matrix Verbundwerkstoffe erzeugt werden. Dadurch wird die zur Optimierung von Porosität und Wandstärke erforderliche mechanische Stabilität erhöht. Durch Verwendung von Nanopartikeln und Fasern entstehen Quervernetzungen zur zusätzlichen Stabilisierung. Oberflächen mit unterschiedlichen Eigenschaften sowie sehr dünne Schichten, die die relevanten Anforderungen erfüllen und sich entsprechend optimieren lassen, können mit dem Plasmaverfahren hergestellt werden. Dabei befinden sich die Substrate in einer Gasatmosphäre im Niederdruck. Durch Zünden eines Hochfrequenzplasmas werden die Gasmoleküle ionisiert, fragmentiert und aktiviert. Durch die Zusammenführung der beiden Ansätze entstanden Membranen, die mit weit geringerem Energieaufwand betrieben werden können. Sie verfügen über eine deutlich verbesserte Rückspülbarkeit, dabei können ein Spitzenleistungsabfall vermieden und Minimalflüsse durch geringeres Fouling erhöht werden. Die Vergleichsmessungen verschiedener Ausführungen wurden mit naturtrübem Apfelsaft als synthetisches "Abwasser" vorgenommen. Damit konnte das Verblockungsverhalten realer Abwässer mit gleichbleibenden Rahmenbedingungen untersucht werden. Anschließend erfolgten Versuche im Technikumsmaßstab mit realem Abwasser sowie in einer Kleinstkläranlage ein Probebetrieb. Insgesamt konnte das Konzept seine Anwendbarkeit unter Beweis stellen und damit ein beträchtlicher Fortschritt in Richtung eines dezentralen und effizienten Wassermanagements erzielt werden, das vorzugsweise in ländlichen Regionen nutzbringend eingesetzt werden kann.