Weitergehende Wasseraufbereitung

Die Forschungsgruppe befasst sich mit der Frage, wie der anthropogene Wasserkreislauf und die Stoffkreisläufe gemanagt werden können, um Wasser in ausreichender Qualität und Quantität für eine wachsende Weltbevölkerung angesichts eines sich beschleunigenden Klimawandels und der damit verbundenen Herausforderungen bereitzustellen. In den Forschungsprojekten entwickeln wir Ansätze, die geschlossene Wasserkreisläufe widerspiegeln, im Gegensatz zum traditionell linearen "take-make-waste"-Paradigma der zentralisierten Wasserversorgung und Abwasserentsorgung. Daher kann eine weitergehende Wasseraufbereitung auf beiden Seiten eingesetzt werden, d. h. sowohl bei der Abwasserbehandlung als auch bei der Trinkwasseraufbereitung. Dieser Paradigmenwechsel wird auch durch aktuelle Regulierungsinitiativen angetrieben, z. B. durch die Überarbeitung der EU-Kommunalabwasserrichtlinie und die EU-Verordnung über die Wasserwiederverwendung in der Landwirtschaft. Für eine weitergehende Wasseraufbereitung sind kombinierte oder hybride Aufbereitungsverfahren von größter Bedeutung, um organische Spurenstoffe im Bereich von ng/L bis µg/L (z. B. Arzneimittel, Körperpflegeprodukte, Industriechemikalien) und pathogene Mikroorganismen einschließlich antimikrobieller Resistenzen zu entfernen.

Hybride Aufbereitungsverfahren, die auf verschiedenen physikalischen, chemischen und biologischen Entfernungsmechanismen beruhen, bieten multiple Barrieren auch gegen neu auftretende Schadstoffe (contaminants of emerging concern, CEC), z. B. persistente, mobile und toxische (PMT) Stoffe oder PFAS, und sogar unbekannte Schadstoffe. Insbesondere untersuchen wir hybride Aufbereitungsverfahren, die Trennung und Transformation kombinieren, z. B. Adsorption - Biotransformation oder Membranfiltration - weitergehende Oxidation oder Adsorption - weitergehende Oxidation, oder die verschiedene Trennprinzipien kombinieren, z. B. Aktivkohleadsorption - Ultrafiltration.

Adsorption:

• Verbesserung der Entfernungsleistung und der Prozesseffizienz durch die Auswahl von Adsorptionsmitteln (z. B. Aktivkohle, Zeolithe, metallorganische Gerüste), die Auslegung und den Betrieb von Adsorbern sowie die Regeneration/Reaktivierung von Adsorptionsmitteln, einschließlich In-situ- und Vor-Ort-Regeneration
• Verständnis und Modellierung der Transport- und Entfernungsmechanismen von Schadstoffen in komplexen Wassermatrizes, die zu einer kompetitiven Adsorption führen

Membranfiltration:

• Reduzierung und Kontrolle von Fouling, z. B. organisches Fouling oder Biofouling, durch Vorbehandlung, z. B. UV-Bestrahlung, und Design von Feed-Kanälen und/oder Feed-Spacern
• Verbesserung der Rückhaltung kleiner, schwer zu behandelnder Schadstoffe (z. B. antimikrobielle Resistenzgene, pathogene Viren bei der Ultrafiltration oder ungeladene organische Verbindungen mit niedrigem Molekulargewicht bei der Nanofiltration/Umkehrosmose) durch geeignete Prozessbedingungen und die Auswahl der Membranen

Oxidation und weitergehende Oxidation:

• Bewertung der Reaktionen von Oxidationsmitteln (z. B. Ozon und Radikale) mit Zielschadstoffen (z. B. CECs oder Krankheitserreger oder Antibiotikaresistenzen) in Wasser- und Abwassermatrices und Optimierung ihrer Prozesseffizienz
• Entwicklung und Scale-up neuer Technologien, z. B. UV/Chlor, UV/Persulfat und BDD-Elektroden

Natürliche und biologische Behandlungsverfahren, wie Uferfiltration, Boden-Aquifer-Behandlung oder biologisch aktive Filter:

• Ermittlung der Schlüsselfaktoren für die Entfernung von CEC in natürlichen Systemen und Nutzung dieser Faktoren zur Verbesserung der Prozesssteuerung
• Entwicklung neuartiger Konzepte zur verbesserten Entfernung von CECs, z. B. die Technologie der sequentiellen gesteuerten Grundwasseranreicherung (sequential managed aquifer recharge, SMART)