FreeSpace – Verringerung von Membranfouling durch Ausnutzung hydrodynamischer Effekte

In diesem DFG-geförderten Forschungsprojekt untersuchen wir synergistische Einflüsse der Membranoberflächenmuster und der Feed-Spacer-Geometrie auf die Hydrodynamik im Feed-Konzentrat-Kanal. Durch ein besseres Verständnis der fundamentalen Designkriterien, die die Gesamtleistung des Moduls bestimmen, streben wir eine Optimierung der geometrischen Anordnung von Feed-Spacern und Membranmustern an. Dies soll letztendlich Fouling reduzieren und eine höhere Prozesseffizienz gewährleisten.
Biofouling (die Akkumulation von Mikroorganismen und Biofilmwachstum auf der Membran) ist eine Herausforderung für Membranfiltrationsanlagen. Um die räumliche und zeitliche Entwicklung von Biofouling auf gemusterten Membranen zu verstehen, führen wir beschleunigte Biofouling-Experimente mit semi-synthetischem Feed durch. Ein vordefiniertes Biofouling-Protokoll ermöglicht uns dabei die reproduzierbare Durchführung der Experimente.
Außerdem untersuchen wir die Hydrodynamik in Kombinationen aus Feed-Spacern und Membranmustern durch CFD-Modellierung mit COMSOL Multiphysics 6.2. Unsere Hypothese ist, dass diese Kombinationen synergistische Effekte auf die Hydrodynamik im Feed-Konzentrat-Kanal haben und Membranfouling reduzieren. Dafür modellieren wir z.B. die Wandschubspannung (siehe Abb.).
Kürzlich haben wir einen kritischen Überblick des Stands der Technik bei oberflächengemusterten Membranen veröffentlicht. In diesem Artikel haben wir experimentelle und numerische Methoden zur Prüfung der Leistungsfähigkeit von Membranen bewertet sowie zukünftige Forschungsschwerpunkte identifiziert.