Die Umkehrosmose gilt als das derzeit beste Verfahren zur Meerwasserentsalzung, weil es energieeffizienter ist als alternative thermische Verfahren. Bei der Umkehrosmose wird vorgefiltertes Meerwasser unter hohem Druck durch semipermeable Membranen transportiert, wobei die im Wasser gelösten Salze und andere organische Stoffe zurückgehalten werden. Eine große Herausforderung für die Aufrechterhaltung der Leistungsfähigkeit von RO-Modulen ist die Kontrolle und ggfs. Entfernung von Biofoulingsschichten, die sich durch den Rückhalt und das Wachstum von Mikroorganismen auf der Membran bilden.

Wenn diese Biofilme nicht regelmäßig und vollständig von der Membran entfernt werden, entstehen permanente Foulingschichten, die sich in einem dauerhaft erhöhten Energieverbrauch bzw. in einem Leistungsabfall der Anlage äußern und schließlich zum Modulausfall führen können. Um dieses zu verhindern, sind aufwändige Vorbehandlungsverfahren sowie scharfe chemische Reinigungsmittel notwendig, die den Entsalzungsprozess insgesamt energieintensiver und weniger nachhaltig machen. Chemische Reiniger und Zusätze, die Membranablagerungen verhindern sollen, werden in der Regel mit dem Konzentrat wieder ins Meer gespült.

Polyelektrolytschichten zwischen Biofilm und Membran

Maria Fernanda Nava-Ocampo, Doktorandin bei Prof. Johannes Vrouwenwelder am Water Desalination and Reuse Center an der KAUST, benutzt Polyelektrolyte, welche die Membranoberfläche nur mit Hilfe von elektrostatischen Kräften belegen, ohne das eine aufwändige Vorbehandlung oder Chemikalien zur Erzeugung einer chemischen Verbindung notwendig wären.

Die sich ausbildende Polyelektrolyt-Schicht erwies sich als stabil gegenüber dem zu filtrierenden Meerwasser, lies sich aber mit hochsalzhaltigem Wasser (das als Konzentrat zur Verfügung steht) und bei höherer Überströmgeschwindigkeit wieder entfernen – und mit ihr der Biofilm. Der Erfolg der Polyelektrolytbeschichtung und der anschließenden Reinigung wurde durch einen Vergleich der Permeationsleistungen einer beschichteten mit einer unbeschichteten Membran nachgewiesen.

Der nächste Schritt ist laut Maria Nava-Ocampo die Optimierung des Verfahrens in einem größeren Maßstab.

Originalpublikation: M.F. Nava-Ocampo, S.S. Bucs, A.S.F. Farinha, M. Son, B.E. Logan, J. Vrouwenwelder: Sacrificial coating development for biofouling control in membrane systems. Desalination 496, 114650 (2020), https://doi.org/10.1016/j.desal.2020.114650.