PULB - Pulsierende UV-LEDs vs Biofouling

Entwicklung eines neuartigen UV-Bestrahlungssystems zur Steigerung der Ressourceneffizienz von Umkehrosmoseanlagen in der Wasseraufbereitung

Im Rahmen eines BMBF-Verbundprojektes wird ein innovatives Bestrahlungssystem auf Basis pulsierender UVC-LEDs mit dem Ziel entwickelt, durch eine UV-Vorbehandlung die Ausbildung von Biofouling in nachgeschalteten Umkehrosmose (UO)-Membranverfahren zu vermeiden. Die neuartigen UVC-LEDs besitzen eine Vielzahl von Vorteilen, wodurch sie gegenüber herkömmlichen Quecksilberdampflampen umweltschonender eingesetzt und aufgrund ihrer kleinen Baugröße potenziell als in-situ Behandlung in das Druckrohr von UO Systemen integriert werden können.

Die Arbeitsgruppe Membranfiltration untersucht das neuartige Vorbehandlungsverfahren im Labor- und Pilotmaßstab. Hierfür wird Biofouling durch Zugabe von Nährstoffen gezielt verursacht. Ein definiertes Versuchsprotokoll ermöglicht es, die Biofoulingstudien mit und ohne UV-Vorbehandlung reproduzierbar und unter kontrollierten Bedingungen durchzuführen.

Neben der Charakterisierung des Bestrahlungssystems hinsichtlich der UV-Bestrahlungsstärke unter Verwendung aktinometrischer und biodosimetrischer Methoden liegt ein Schwerpunkt des Verbundvorhabens im Nachweis der Wirksamkeit des neuartigen Bestrahlungssystems. Dies erfolgt an Hand typischer Leistungskenngrößen eines Membranmoduls wie dem Verlust an Permeabilität oder dem Anstieg des Druckverlustes im Zulaufkanal (FCPD) (Abbildung 1). Die sich gebildeten Biofilme werden auf diverse Parameter wie den ATP Gehalt, die Zusammensetzung der extrazellulären polymeren Substanzen und die mikrobiologische Diversität analysiert.

Durch eine intermittierende Spannungsversorgung werden die UVC-LEDs in einen Pulsationsbetrieb versetzt. Grundlegende Untersuchungen sollen Aufschluss über die Inaktivierungsleistung und Ausbildung von Biofouling bei verschiedenen Pulsationsregimes und Bestrahlungsstären geben.