Weltweit sinken die Süßwasserressourcen und insbesondere Küstenregionen sind von der Versalzung der Grundwasserleiter betroffen. Deswegen bedarf es an der Forschung von innovativen und energieeffizienten Entsalzungsverfahren, wie der monovalent selektiven membrangestützten kapazitiven Deionisierung um auch zünftig den Wasserbedarf decken zu können. Im Verbundprojekt innovatION werden mit selektiven Ionenaustauschermembranen in einem Elektrosorptionsprozess vorwiegend einwertige Ionen aus salinem Grundwasser entfernt.
Zu Beginn des Jahres begann das Up-scaling der Ionenaustauschermembranen, die in den Laborexperimenten an der Professur für Verfahrenstechnik in Hydrosystemen der TU Dresden eine zwei- bis zehnfach höhere Permeabilität von einwertigen Ionen aufzeigen konnten und somit über die Adsorption zu einer höheren Entfernung von Nitrat, Chlorid und Natrium im Vergleich zu mehrwertigen Ionen führten. Dabei musste bei der FUMATECH BWT GmbH und beim Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V. nicht nur die Rezeptur mengenmäßig erweitert, sondern auch auf größere Fertigungsmaschinen und neue Produktionsprozesse qualitativ angepasst werden, was wiederum die Selektivität der Membranen beeinflusste.
Abb. 1 (rechts oben): Ausbreitung des Tracers über den Fließkanal der Pilotzelle für verschiedene Durchflüsse (Johanna Kiene & Lea Schmidtgen, Professur für Verfahrenstechnik in Hydrosystemen der Technische Universität Dresden)
Abb. 2 (links unten): Blick über das Pirolatal nach Osten auf Langeoog und der mögliche Einsatz von Sickerschlitzgräben zur Infiltration von teilentsalztem Brackwasser (Laura Bräunig, Carl von Ossietzky Universität Oldenburg)
Mit Hilfe des vollautomatisierten Mess-und Steuerungssystem der elkoplan staiger GmbH, können aber auch über die Prozessparameter wie die elektrische Spannung, der Durchfluss und einem elektrischen Pulsverfahren die gezielte Entfernung von spezifischen Ionen optimiert werden. Derzeit entsalzt die Pilotanlage kontinuierlich 10-30 L/h, wobei eine Reinigung kaum notwendig ist. Aber auch die Zellgeometrie kann die Selektitvität beeinflussen. An der Professur für Verfahrenstechnik in Hydrosystemen der TU Dresden wurden tracerbasierte Strömungsmessungen (Bild 1) und Simulationen durchgeführt, die zukünftig genutzt werden können um die Zellegeometrie zu verbessern. Mit Hilfe von optimierten Prozesseinstellungen kann eine Wassergewinnung auf bis >70% und ein Energieverbrauch <1 kWh/m³ erreicht werden. Vorteile des elektrochemischen Verfahrens sind die starke Flexibilität der Anlage, die sich auf ändernde Randbedingungen über die Prozesseinstellungen gut anpassen lässt, sowie der geringe Reinigungsaufwand.
Derzeit steht die Pilotanlage zur selektiven Entsalzung im Wasserwerk auf Langeoog des Oldenburgisch-Ostfriesischer Wasserverbands. Eine reale Anreicherung der Süßwasserlinse auf Langeoog ist zwar nicht möglich. Jedoch führt derzeit die Arbeitsgruppe Hydrogeologie und Landschaftswasserhaushalt der Carl von Ossietzky Universität Oldenburg Modellierungen zu einer Anreicherung der Süßwasserlinse auf Langeoog durch um den Einfluss des infiltrierten teilentsalzten Wassers auf die Süßwasserlinse und auf die Salzwasserintrusion zeitlich und örtlich abschätzen zu können. In Bodensäulenversuchen zeigte sich bereits die positiven Auswirkungen des teilentsalzten Wassers im Vergleich zur Infiltration des vollentsalzten Wassers.
Nach den Versuchen auf Langeoog, soll die Pilotanlage ab Juni auch beim Kreisverband für Wasserwirtschaft Nienburg getestet werden, um hier die selektive Entfernung von Nitrat zu untersuchen.
Zur Projekt-Webseite: www.innovat-ion.de
Ankündigungen / Anstehende Veranstaltungen
- Euromembrane https://euromembrane2024.cz/
- Aachener Membran Kolloquium 2024 https://conferences.avt.rwth-aachen.de/AMK/
- IFAT https://ifat.de
- Jahrestagung der Landesgruppe Mitteldeutschland DVGW https://www.dvgw.de/der-dvgw/landesgruppen/landesgruppe-mitteldeutschland/veranstaltungen/jahrestagung-2024
