Fouling layer formation in ultrafiltration membrane by flocs formed in electrocoagulation
Die Arbeit wird durch eine Promotionsförderung der Friedrich-Ebert-Stiftung unterstützt.
Laufzeit: 01.10.2021 – 30.09.2022
Bei der Wasseraufbereitung ist die Filtration ein wichtiges Verfahren zur Entfernung von Feinpartikeln. Die Membranfiltration wird in letzter Zeit häufig in Wasserwerken eingesetzt, da sie eine breite Palette von Wasserverunreinigungen, darunter auch Krankheitserreger im Trinkwasser, d. h. Viren, Bakterien und Parasiten, entfernen kann. Mit zunehmender Dauer der Membranfiltration führt jedoch der anfängliche Aufbau einer hochkonzentrierten, verschmutzten Kuchenschicht auf der Membranoberfläche zu einem Rückgang des Reinwasserdurchflusses.
Um die Foulingbildung zu kontrollieren und folglich die Häufigkeit der Rückspülungen und deren Nachteile zu reduzieren, trägt ein besseres mechanisches Verständnis der Flockenbewegung innerhalb der Membran dazu bei, die optimale Strategie zur Vermeidung von Fouling und zur Reinigung der Membran zu finden. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, numerische Simulationen durchzuführen, um den Flockentransport und die Bildung von Bewuchsschichten zu modellieren, was einen großen Vorteil bringt und Erkenntnisse liefert, die durch Experimente nicht möglich sind. In jüngster Zeit wird CFD in membranbezogenen Anwendungen eingesetzt, um deren Leistung zu optimieren, und wird zur Kopplung des Flockentransports innerhalb von Ultrafiltrationskapillarmembranen (UF) verwendet, um den Transport von Flocken zu erfassen und die Höhe der Foulingschicht und ihren Einfluss auf das Strömungsfeld abzuleiten. Die zeitlichen Veränderungen der Flockenabmessungen und der durchschnittlichen Größe, d. h. die strukturelle Entwicklung der Flocken während der Anfangsphase eines Aggregationsprozesses, spiegelt einen Einfluss auf die Kollisionshäufigkeit und später auch auf die Flockenabsetzgeschwindigkeit und die Flockenablagerung auf der Membranoberfläche wider.
Die chemische Koagulation wird häufig in Wasser- und Abwasseraufbereitungsanlagen eingesetzt, um die Destabilisierung von Schadstoffen zu erleichtern und größere Flocken zu bilden, die in den nachfolgenden Trennverfahren abgetrennt werden können. In den letzten drei Jahrzehnten wurde jedoch eine alternative Technologie vorgestellt, nämlich die Elektrokoagulation (EC), die ebenso gute Flocken wie die chemische Koagulation bilden kann (meist mit einer besseren Abscheideleistung, wie im Folgenden erörtert wird) und außerdem als CO2-freies, möglichst umweltfreundliches Verfahren ohne Zusatz von Chemikalien gilt. EC kann auch als Vorbehandlung vor der Membranfiltration bei der Wasseraufbereitung eingesetzt werden.