Selektive Entfernung monovalenter Ionen aus salzhaltigen Wässern für die Grundwasseranreicherung und Trinkwasseraufbereitung
Kurzbeschreibung
Auf Grund des global ansteigenden Wasserbedarfs und den sinkenden zur Verfügung stehenden Süßwasserressourcen, besteht ein weltweites Interesse an effizienten Entsalzungsverfahren. Süßwasser, das vom Meer oder von geogenen Salzvorkommen beeinflusst wird, enthält u. a. erhöhte Konzentrationen einwertiger (monovalenter) Ionen, wie Natrium und Chlorid, als auch mehrwertige Ionen, wie Magnesium und Calcium. Hohe Nitrat- und Sulfatkonzentrationen resultieren hingegen meist aus landwirtschaftlichem Einfluss. Eine vollständige Entsalzung ist nicht sinnvoll, sondern lediglich nur eine Verminderung der monovalenten Ionen nötig. Hierfür werden selektive Membranen für einen spezifischen Rückhalt monovalenter Salze entwickelt und in neukonstruierten Modulen für den Einsatz in einem elektrochemischen Verfahren in Labor- und Pilotanlagen verbaut. Mit den Anlagen werden Untersuchungen zur Identifikation optimierter Prozess- und Anlagenparameter in Abhängigkeit unterschiedlicher Rohwasserqualitäten und Aufbereitungsziele durchgeführt. Es wird geprüft, welche resultierenden Effekte und Herausforderungen bei der Grundwasseranreicherung und der Trinkwasseraufbereitung gegeben sind. Die entwickelte Technologie wird anhand einer ganzheitlichen ökonomisch-ökologischen Nachhaltigkeitsbewertung internationalen Zielgrößen wie den Nachhaltigkeitszielen gegenübergestellt, um Handlungsempfehlungen abzuleiten. Durch die Wahl der Partner aus Industrie, Wissenschaft und Praxis ist das Konsortium in der Lage, Anlagen zu bauen und die innovative Technologie bei Praxispartnern vor Ort zu testen und zu bewerten. Die Ergebnisse tragen somit maßgeblich zur Sicherung der Wasserressourcen, national wie international, bei.
Ziele
Ziel von innovatION ist daher die Entwicklung einer mMCDI (engl.: monovalent Membrane Capacitive Deionisation) zur gezielten Entfernung einwertiger Ionen aus salzhaltigem Grund- und Oberflächenwasser. Dabei soll durch die Kombination der Trenneffekte der Nanofiltration, Ionenaustauscher und der membrangestützten kapazitiven Deionisation unter Verwendung von polaren und bipolaren Elektroden eine energieeffiziente Technologie für den Rückhalt monovalenter Ionen entwickelt werden. Als Anwendungsgebiete werden die Aufbereitung zu Trinkwasser und die Stabilisierung des Landschaftswasserhaushalts durch Infiltration mit monovalent-teilentsalztem Wasser untersucht. Einsatzgebiete sind salzhaltige bzw. versalzene Grundwasserleiter an der Küste bzw. an den Inseln sowie stark nitratbelastete Grundwässer. Mit Hilfe von praxisnahen Labor- und Pilotversuchen sollen für die mMCDI die Prozess- und Anlagenparameter in Abhängigkeit der unterschiedlichen Rohwasserqualitäten und Aufbereitungsziele identifiziert werden. Für den Transfer in die Praxis wird geprüft, welche resultierenden Effekte und Herausforderungen bei der Grundwasseranreicherung und der Trinkwasseraufbereitung gegeben sind. Zusätzlich wird die entwickelte Technologie anhand einer ganzheitlichen ökonomisch-ökologischen Nachhaltigkeitsbewertung internationalen Zielgrößen wie den Nachhaltigkeitszielen gegenübergestellt, um Handlungsempfehlungen für die Konstruktion und den Betrieb der Entsalzungsanlage abzuleiten.
