Kombiniertes Ultraschall-Luft-Rückspülverfahren - ein Verfahren zur chemikalienfreien in situ Reinigung getauchter Membranen zur Wasseraufbereitung

Die Leistungsfähigkeit von Membranen zur Wasserfilterung in qualitativer sowie quantitativer Hinsicht hängt in starkem Maße von den durchflusslimitierenden Belagschichten ab. Zur Minimierung dieser Belagschichten werden Prozesse wie Rückspülung und/oder Blasenüberströmung eingesetzt. Die Membranwerkstoffe werden in ihren Oberflächen modifiziert, so dass sie besonders schmutzabweisend sind. Dennoch sind oft erhebliche Mengen an Chemikalien zur Reinigung der Membran­oberflächen und auch Außerbetriebnahmen der Membrananlagen notwendig, um zumindest einen Großteil der ursprünglichen Leistungsfähigkeit wiederherzustellen. Da mit Hilfe von Ultraschall eine Möglichkeit besteht, gründlich, chemikalienfrei und während des Betriebs zu reinigen, wurden bereits in der Vergangenheit zahlreiche Versuche zur Ultraschallreinigung von Membranen unternommen. Neben positiven Effekten, wie zum Beispiel der Flusserhöhung, kam es jedoch immer wieder auch zu Membranzerstörungen. Ebenfalls war der hohe Energieverbrauch für den Ultraschalleinsatz in der Diskussion. Mit Hilfe einer Versuchsanlage im realen Betrieb wird in dieser Arbeit dargelegt, wie die Anlagenanordnung, Parametereinstellungen und Verfahrensabfolgen realisiert werden müssen, um die Reinigungsprozesse mit Ultraschall so zu gestalten, dass eine optimale Membranleistung erhalten wird. Ein besonderes Augenmerk wird dabei auf den Nachweis zur Membranintegrität gelegt, welche über kontinuierliche Trübungsmessung, Partikelzählung, chemisch-mikrobiologische Analysen und Blasentests zur Membrandichtigkeit dokumentiert wird. Mit der gewählten Versuchsanordnung kann gezeigt werden, dass durch einen nur kurzzeitigen Einsatz von Ultraschall an einer geeigneten Stelle in der Verfahrensabfolge eine hohe Membranleistung in quantitativer und qualitativer Hinsicht erhalten werden kann, und zwar im laufenden Betrieb und ohne die Membran zu schädigen. Auch die Filtration von Wasser mit hohen Trübstoffgehalten wird mit Hilfe von Ultraschall möglich. Das zeigt der parallele Versuch mit einer Vergleichsmembran, deren Betrieb ohne Ultraschall aufgrund von Verblockung nicht möglich war. Durch den nur kurzzeitigen Einsatz des Ultraschalls während der Rückspülung ist der Energiebedarf gering und das Verfahren damit auch wirtschaftlich interessant. Denn: In den hier dargestellten Ergebnissen vereinigt die Ultraschallreinigung sämtliche Vorteile auf sich: langfristiger, chemikalienfreier, fortlaufender Betrieb ohne Membranschädigung und Wartung bei geringem Energieverbrauch. Zum Abschluss enthält die Arbeit ein Kapitel mit einem Modellentwurf zu einer energieautarken, mit Solar- und Windenergie betriebenen, Membrananlage mit Ultraschallreinigung, die die potentielle Einsetzbarkeit einer solchen Anlage, z.B. in entlegenen Gebieten ohne Zugang zu sauberem Trinkwasser oder für Notfallversorgungen, aufzeigt. Das Kapitel „Ausblick und weiterer Forschungsbedarf“ dokumentiert, dass die Forschung hier erst am Anfang steht, jedoch ein großes Potential für weitere Anwendungen bietet