Druckgetriebene Filtrationsprozesse, wie z.B. die Querstrommikrofiltration, sind in ihrer Leistungsfaehigkeit durch Effekte wie Fouling und Konzentrationspolarisation bzw. Deckschichtwachstum beschraenkt. Ziel der hier genannten Arbeit ist es, durch eine gezielte Induzierung von Stroemungsinstabilitaeten in Form von Sekundaerstroemungen das Deckschichtwachstum an der Membran zu limitieren, somit hoehere Filtratfluesse zu erzielen und den Filtrationsprozess insgesamt effizienter zu betreiben. Die Stroemungsinstabilitaeten werden durch die Stroemungsfuehrung in maeanderfoermig gekruemmten Kapillarmembranen aufgrund von Zentrifugalkraeften erzeugt. In Technikumsversuchen mit Latex- und Hefesuspensionen konnte nachgewiesen werden, dass sich der Filtratfluss durch den Einsatz von Dean Wirbeln gegenueber der Filtration mit geraden Kapillarmembranen um bis zu 140 Prozent steigern laesst, die Effizienz des Prozesses kann bei gleichem spezifischen Filtratfluss sogar um bis zu 400 Prozent hoeher sein. Neben den experimentellen Untersuchungen erfolgt eine intensive theoretische Betrachtung des Filtrationsprozesses. Mit Hilfe einer CFD-Software werden die hydrodynamischen Vorgaenge untersucht und in Hinblick auf den Deckschichtaufbau analysiert. Die Berechnung mehrphasiger Stroemungen und der Ablagerungsmechanismen von Partikeln soll in Zukunft durch die Simulation des dynamischen Deckschichtaufbaus in maeanderfoermig gekruemmten Kapillarmembranen erfolgen und zur Optimierung von Filtrationsmodulen hinsichtlich der Hydrodynamik herangezogen werden.
Das Ziel der Untersuchungen - die als Fortführung und Ergänzung eines vorhergehenden Projektes zum Einsatz von Keramikmembranen in der kommunalen Abwasserreinigung anzusehen sind - ist die Verbesserung der Durchsatzleistung der Membranen. Dieses Ziel soll durch eine Kombination von angepassten Membranmaterialen, Oberflächeneigenschaften sowie durch die verbesserte Kontrolle der Deckschichtbildung erreicht werden. Die geplanten Untersuchungen sollen Rückschlüsse auf die Membraneigenschaften und insbesondere die Eigenschaften von Stützschicht und Trennschicht bringen. Dazu sollen im Rahmen von orientierenden Untersuchungen im Sommer 2005 verschiedene Kombinationen von Materialien und Produktionsverfahren erprobt werden. Für die Untersuchungen der Material- und Membraneigenschaften wird eine Versuchsanlage in einem kleinen Maßstab ( Versuchsstand) konzipiert, an dem die Eigenschaften der Membran mit Hilfe von Kontaktoren mit kleinem Durchmesser getestet werden.
Die Nahrungsgewinnung durch passive oder aktive Filtration bildet den haeufigsten Ernaehrungstyp der benthischen Wirbellosen der Spree (Schoenfelder pers Mitt). Eine Grossmuschel aus der Familie der Unioniden kann nach vorlaeufigen Ergebnissen mit ihrer Filtrationsleistung von 0.6 - 4 mg organischem Material pro Stunde in dieser Zeit groessenordnungsmaessig die Haelfte des Partikelgehalts in einem Liter Wasser entfernen. Abhaengig von der Siedlungsdichte der Muscheln kann somit ein fuer das Oekosystem bedeutsamer Eliminationseffekt entstehen. Eine Sedimentkartierung eines 6.6 km langen Spreeabschnitts oberhalb Freienbrink ergab, dass die Muscheln dort allerdings lediglich in zwei uferparallelen Siedlungsstreifen zu finden sind, die durch Feinsand-, Feinkies- und Totholzvorkommen charakterisiert sind. Der groesste Teil der Sohle dieses begradigten und befestigten Flussabschnitts wird von nahezu unbesiedeltem Treibsand eingenommen. Trotz der relativ geringen Populationsgroesse eliminieren die Muscheln in diesem Spreeabschnitt im Sommer pro Tag etwa 1/40 bis 1/7 der Partikelfracht. In einem anderen Flussabschnitt der Spree, der sogenannten 'Krummen Spree' bei Alt Schadow, besiedeln die Grossmuscheln einen groesseren Bereich des Flussquerschnitts, sodass ihre Individuenzahlen dort mit etwa 30 Ind m hoch Minus 2 um das 15 fache hoeher sind. Bei diesen Siedlungsdichten sind die Grossmuscheln in der Lage, das Flusswasser in etwa 10 - 60 Stunden rechnerisch vollstaendig klarzufiltrieren. Im Verlauf dieses 22 km langen Flussabschnitts wurden dadurch im Sommer 1994, abhaengig von bestimmten Randbedingungen, 50-95 Prozent des Phyto- und Zooplanktons eliminiert (Welker pers Mitt).
Wasser aus Talsperren ist in vielen Länder eine der wichtigsten Trinkwasserresourcen. Dies gilt besonders für aride Zonen, und/oder in Ländern mit hoher Bevölkerungsdichte. Allerdings sind diese Gewässer oftmals durch einen extrem euthrophen Zustand gekennzeichnet. Das Ziel dieses Projektes ist es, den Gewässergütezustand zu beschreiben, den derzeitigen Zustand der Gewässer in Hinblick auf Nährstoffgehalte und organische algenbürtige Schadstoffe zu erfassen, Ursachen, die zu einer Algenblüte führen zu bestimmen und Verfahren für die Aufbereitung zu Trinkwasser zu entwickeln. Dazu soll der Gütezustand ausgewählter Gewässer in den drei Ländern der Projektpartner (Deutschland, Israel, Jordanien) verglichen werden. Der Einfluss unterschiedlicher klimatischer Bedingungen (Mitteleuropa, Mittlerer Osten) und die unterschiedliche Nutzung der Gewässer auf deren Eutrophierung soll dabei besonders beachtet werden. Die klassischen Aufbereitungsverfahren Filtration, Adsorption, Oxidation und Desinfektion sollen auf die algenspezifische Rohwasserqualität optimiert werden. Die Ergebnisse werden sowohl hinsichtlich ökologischer Gesichtspunkte als auch hinsichtlich der Wassernutzung ausgelegt werden. Die Untersuchungen werden jeweils in Modellsystemen im Labormaßstab und im Technikumsmaßstab mit Realproben durchgeführt. Ein Probenaustausch ermöglicht die Bestimmung der unterschiedlichsten Parameter in den einzelnen Laboratorien der Projektpartner. Dazu gehört auch ein Austausch von Doktoranden, die Schulung von Mitarbeitern und die Durchführung von gemeinsamen Workshops.