Ein Hauptproblem bei der Verwendung von Membranbioreaktor-(MBR-)Systemen ist die Membranverschmutzung, da diese die Effektivität des Filtrationsprozesses einschränkt, den Energiebedarf erhöht und die Lebensdauer der Membranen verkürzt. Ein wichtiger Schritt zu einer stabilen und kosteneffizienten MBR-Anlage ist die erfolgreiche Minderung der Verschmutzung. Dies sind bewährte Maßnahmen, um die Verschmutzung durch Optimierung von Design und Betriebsbedingungen zu reduzieren.
Betriebsparameter optimieren
Die Regelung der Betriebsbedingungen ist wichtig, um das Auftreten von Fouling zu kontrollieren. Turbulenzen im Membrantank werden durch die Variation der Belüftungsintensität erzeugt und können genutzt werden, um die Membranoberfläche zu reinigen und die Bildung von Schlamm sowie organischen Materialien darauf zu vermeiden. Optimale Konzentrationen von gemischtem Schlamm (MLSS – Mixed Liquor Suspended Solids) ermöglichen einen Ausgleich zwischen biologischer Aktivität und der Neigung zu Fouling, indem sie ausreichende biologische Aktivität gewährleisten, ohne die Viskosität durch erhöhte MLSS-Werte zu steigern und somit Adsorption von Fouling-Substanzen zu begünstigen. Zudem lässt sich durch Maximierung der Permeatflussrate vermeiden, dass die Membran zu schnell gesättigt wird, da höhere Flussraten eingeführt werden können, um eine verstärkte Kuchenbildung zu fördern. Die Fähigkeit, ein gutes Gleichgewicht bei solchen Parametern zu erreichen, führt zu einer Verringerung der Fouling-Ablagerungen, bewahrt jedoch gleichzeitig eine gute Behandlungsleistung.
Regelmäßige Reinigungsprotokolle implementieren
Eine vorausschauende Reinigung hilft dabei, die Entstehung von unumkehrbarer Verunreinigung zu vermeiden. Physikalische und chemische Reinigungsverfahren ergänzen sich gut: Die physikalische Reinigung entfernt lose Partikelverunreinigungen, während die chemische Reinigung gelegentlich angewandt wird, um organische und anorganische Ablagerungen zu entfernen. Eine mögliche Lösung besteht in der Verwendung von Biofilmen sowie der organischen Polymerabbau durch milde Oxidationsmittel oder enzymatische Lösungen, um Biofilme und organische Polymere abzubauen, die den wichtigsten Aspekt der Membranverunreinigung darstellen. Durch die Anwendung eines präzisen Reinigungsverfahrens – üblicherweise einen festen Reinigungszeitplan, basierend auf dem Rückgang des Flusses oder einem Anstieg des Differenzdrucks – können Verunreinigungen entfernt werden, bevor sie sich fest an der Membranoberfläche anlagern, wodurch die Lebensdauer und Leistung der Membran verlängert wird.
Auswahl von antifouling Membranmaterialien
Die Fouling-Beständigkeit hängt in gewissem Maße vom Membranmaterial und der Konfiguration ab. Hydrophile Oberflächen oder oberflächenmodifizierte Membranen minimieren die Adsorption hydrophober organischer Verbindungen, eine bekannte Ursache für Fouling. Eine gleichmäßige Porengröße stellt sicher, dass Strukturen das Potenzial besitzen, Partikeleinschlüsse zu minimieren, und ein verstärktes Substrat gewährleistet Reinigungsbeständigkeit. Die Fouling-Rate kann erheblich reduziert werden, wenn Membranen mit gezielt entwickelten antifouling-Eigenschaften verwendet werden, selbst bei Abwasserströmen mit hohen organischen Lasten.
Eine Kombination dieser Methoden, wie Optimierung der Vorbehandlung, Betriebskontrolle, häufige Reinigung und intelligenter Einsatz smarter Membranen, ermöglicht es Betreibern, unerwünschte Fouling-Prozesse zu verhindern und gewährleistet somit eine gleichmäßige Leistung und lange Lebensdauer der Membranen, insbesondere bei industrieller und kommunaler Anwendung.
