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Entwicklung repräsentativer, synthetischer, saliner Grundwässer für Laborversuche mit einer selektiven membrangestützten kapazitiven Deionisation
Art der Abschlussarbeit
Bachelor
Autoren
- Schmitt, Lukas
Betreuer
- Prof. Dr. André Lerch
- M.Sc. Hanna Rosentreter
- M.Sc. David Schödel
Abstract
Durch anthropogene und natürliche Einflüsse verursachte Salzwasserintrusion (SWI) stellt eine Gefahr für die Trink- und Brauchwasserversorgung in Deutschland und Europa dar und wird durch den Klimawandel verstärkt. Elektrochemische Entsalzungsverfahren wie die selektive monovalente membrangestützte kapazitive Deionisation (mMCDI) sind eine vielversprechende wirtschaftliche, energieeffiziente und einfach handhabbare Alternative zu thermischen- und Membran-Entsalzungsverfahren. Ziel dieser Arbeit ist es, für ausgewählte Standorte eine Anleitung zur Entwicklung repräsentativer synthetischer saliner Grundwässer für Laborversuche mit einer mMCDI zu erstellen. Dafür ist eine Literaturrecherche zur SWI sowie eine Datenrecherche zu Grundwasserqualitätsdaten in Deutschland und Europa durchgeführt worden. Es erfolgte eine statistische Aufbereitung der gesammelten Daten, um eine Übersicht und Einordnung gefährdeter Standorte und möglicher Störfaktoren anzufertigen. Außerdem wurde eine LC-OCD-OND-Analyse zur Bestimmung verschiedener organischer Fraktionen am Standort Langeoog durchgeführt.
Es zeigt sich, dass eine Vielzahl von Faktoren Einfluss auf den Betriebsablauf einer mMCDI haben kann. Durch Hydrogenkarbonat und Eisen verursachtes Scaling sowie durch Organik verursachtes Fouling sind in Abhängigkeit mit pH-Wert- und Temperaturschwankungen als Haupteinflussfaktoren zu erwarten. In Bezug auf die Salinität sind deutsche Förderbrunnen im europäischen und weltweiten Vergleich nur schwach mineralisiert, küstennahe Messstellen weisen dagegen höhere Mineralisierungen auf, weshalb ein vorrausschauendes Wasserressourcenmanagement in Kombination mit wirtschaftlichen Entsalzungsverfahren wichtig für die Sicherung der Wasserversorgung ist. Genau hier setzt die mMCDI an, welche ihre Wirtschaftlichkeit und Praxistauglichkeit beweisen muss, um an Bedeutung zu gewinnen. Zukünftige Forschung sollte sich auf Optimierungen im Betriebsablauf konzentrieren. Die Anleitungen zur Herstellung synthetischer Wässer ermöglichen eine Standort-unabhängige effiziente wissenschaftliche Aufarbeitung der geschilderten Problemfelder.
Es zeigt sich, dass eine Vielzahl von Faktoren Einfluss auf den Betriebsablauf einer mMCDI haben kann. Durch Hydrogenkarbonat und Eisen verursachtes Scaling sowie durch Organik verursachtes Fouling sind in Abhängigkeit mit pH-Wert- und Temperaturschwankungen als Haupteinflussfaktoren zu erwarten. In Bezug auf die Salinität sind deutsche Förderbrunnen im europäischen und weltweiten Vergleich nur schwach mineralisiert, küstennahe Messstellen weisen dagegen höhere Mineralisierungen auf, weshalb ein vorrausschauendes Wasserressourcenmanagement in Kombination mit wirtschaftlichen Entsalzungsverfahren wichtig für die Sicherung der Wasserversorgung ist. Genau hier setzt die mMCDI an, welche ihre Wirtschaftlichkeit und Praxistauglichkeit beweisen muss, um an Bedeutung zu gewinnen. Zukünftige Forschung sollte sich auf Optimierungen im Betriebsablauf konzentrieren. Die Anleitungen zur Herstellung synthetischer Wässer ermöglichen eine Standort-unabhängige effiziente wissenschaftliche Aufarbeitung der geschilderten Problemfelder.
Zugeordnete Forschungsschwerpunkte
- Membranverfahren der Trink- und Prozesswasseraufbereitung und Abwasserbehandlung
- Entsalzung saliner Grundwässer
- Elektrochemische Membranverfahren
Schlagwörter
Salzwasserintrusion; Grundwasserversalzung; selektive membrangestützte kapazitive Deionisation; monovalente-Ionen; Fouling; Scaling; Deutschland; Europa; LC-OCD-OND-Analyse; synthetisches Grundwasser; Anleitung
Berichtsjahr
2021