Trinkwassergewinnung und -aufbereitung

Eine Ressource für die Gewinnung von Trink- oder Prozesswasser höchster Qualität ist die Luftfeuchte. Aktuelle Forschungsarbeiten am IGB konzentrieren sich auf die Umsetzung von Konzepten, die es ermöglichen, die Luftfeuchte in effizienten Adsorbersystemen zu binden und bei Bedarf als nutzbares Wasser abzugeben.

Für die Untersuchung der Belastung mit Keimen und die Bestimmung der Wirksamkeit von Desinfektionsschritten greifen wir auf langjährige Expertise zurück. Im Einzelnen handelt es sich um die Identifizierung von Bakterien und Pilzen, die Untersuchung von Biofilmen und deren Reduzierung oder Vermeidung im technischen System.

Weitere Entwicklungen konzentrieren sich auf den Bereich der Entfernung von Spurenstoffen mittels Membranadsorbern oder Advanced Oxidation Processes (AOP).

Thermische Verfahren zur Trinkwassergewinnung und Wasseraufbereitung

Wärme Entfeuchtung. — Wassergewinnung aus Luftfeuchte.

In vielen Regionen der Erde haben Klimawandel, hoher Wasserverbrauch und eine wachsende Weltbevölkerung zu einer Verknappung der natürlichen Trinkwasserressourcen geführt. In küstennahen Gegenden, beispielsweise in Südeuropa und auf vielen Inseln des Mittelmeers, ist das Grundwasser bereits durch die Infiltration von Meerwasser versalzen.

Übliche Technologien zur Wasserentsalzung, wie Umkehrosmose und herkömmliche thermische Verfahren, sind allerdings energieintensiv und verbrauchen direkt oder indirekt große Mengen fossiler Energieträger – verbunden mit erheblichen CO₂-Emissionen. Das Fraunhofer IGB entwickelt eine energieeffiziente und kostengünstige Alternative, mit der Wärmeenergie auch bei vergleichsweise niedriger Temperatur für eine mehrstufige Vakuumverdampfung von Wasser genutzt werden kann. Der für die Verdampfung erforderliche Unterdruck wird durch eine innovative Lösung allein unter Nutzung der Schwerkraft erzeugt und aufrechterhalten.

Eine weitere Ressource für die Gewinnung von Trink- oder Prozesswasser höchster Qualität ist die Luftfeuchte. Aktuelle Forschungsarbeiten konzentrieren sich auf die Umsetzung von Konzepten, die es ermöglichen, die Luftfeuchte in einer hygroskopischen Salzlösung zu binden und als nutzbares Wasser abzugeben.

Wassergewinnung aus Luftfeuchtigkeit mit einem neuartigen Sorptionsverfahren

Desinfektion

Zur Versorgung des Menschen mit sicherem Trinkwasser ist ein Entkeimungsschritt notwendig. Auch für Brauchwasser in der pharmazeutischen und Lebensmittelindustrie wird qualitativ hochwertiges, hygienisch einwandfreies Wasser in Trinkwasserqualität benötigt.

Neben der klassischen Technik der Chlorung oder der Behandlung mit Ozon hat sich die Entkeimung mit UV-Licht als zuverlässiges und umweltverträgliches Verfahren etabliert. Derzeit kommen vor allem röhrenförmige Niederdruck-Quecksilberdampflampen zum Einsatz, die Strahlung der Wellenlänge 254 nm emittieren.

Biofilme und Hygiene

Am Fraunhofer IGB arbeiten wir seit mehreren Jahren an Fragestellungen, bei denen die Wechselwirkungen zwischen mikrobiellen Zellen und Oberflächen eine Rolle spielen. Außerdem besitzen wir die technische Expertise, um Biofilme und Oberflächen zu charakterisieren und individuelle Lösungsansätze zur Verhinderung von bakteriellen Ablagerungen aufzuzeigen.

Gerne beraten wir Sie mit unserem interdisziplinären Expertenteam zu Hygienekonzepten.

Membranfiltrationsverfahren

In der Industrie hat sich die Membrantechnologie als Separationstechnik auch zur Aufbereitung von Rohwässern zu Prozesswässern oder für die Aufreinigung von Prozessabwässern bewährt. Sie funktionieren ohne Phasenänderung, der apparative Aufwand hält sich in Grenzen. Weitere Vorteile sind ein einfaches Upscaling (Modularität) und geringer Chemikalienverbrauch.

Am Fraunhofer IGB werden Membranmaterialien, Membranen und Membranprozesse für die Mikrofiltration (MF, suspendierte Partikel, Bakterien), Ultrafiltration (UF, Makromoleküle, Viren und Kolloide), Nanofiltration (NF, organische Verbindungen und zweiwertige Ionen sowie Umkehrosmose (einwertige Ionen) erforscht und entwickelt.

Membranen für die Wasserreinigung

Anreicherung und Entfernung mit Membranadsorbern

Ein neuer Schwerpunkt sind Membranadsorber, die die Vorteile von Membranen mit denen von Adsorbermaterialien kombinieren. Hierzu statten wir Membranen mit speziellen funktionellen Gruppen aus, um spezifisch Verunreinigungen wie beispielsweise Schwermetallionen (Pb, Cd, Cu) oder organische Moleküle (Penicillin G, Bisphenol A) aus Prozessabwässern mittels Adsorption zu entfernen. Membranadsorber werden auch zur Konzentrierung von Lösungen mit niedriger Schadstoffkonzentration eingesetzt, um die angereicherte Lösung anschließend energieeffizient mit AOP-Technologien zu behandeln und den Schadstoff zu zerstören.

Abtrennung von Mikroschadstoffen oder Metallen mit Membranadsorbern

Entfernung von Spurenstoffen aus Wasser

Batch-Reaktor zur UV-C/H2O2-Behandlung von Wasser. — Batch-Reaktor zur UV-C/H₂O₂-Behandlung von Wasser.

Das Fraunhofer IGB bietet Industrie und Kommunen unabhängige wissenschaftliche Beratung zum Thema Schadstoff- und Spurenstoffentfernung. Regelmäßig erproben unsere Techniker den Abbau von biologisch nicht abbaubaren organischen Substanzen mittels Ozon- und UV-C-H₂O₂. Denn diese Substanzen, der sogenannte harte CSB (hard COD), stehen einer internen Kreislaufführung in der Industrie sonst im Wege. Unsere Ingenieure und Wissenschaftler vergleichen diese Behandlungen mit den jeweils möglichen Alternativen für die industriellen Abwasserströme der Kunden, z. B. Filtrationsmethoden und Adsorptionsmethoden.