Skip to main content

1995 | Buch

Biofouling bei Membranprozessen

verfasst von: PD Dr. habil. Hans-Curt Flemming

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

insite
SUCHEN

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter
Überblick
Zusammenfassung
Unter „Biofouling“ verstellt man die unerwünschte Ablagerung von Mikroorganismen auf Oberflächen. Dabei entstehen mikrobielle Beläge, sogenannte Biofilme. Gesetzmäßigkeiten, die für Biofilme erkannt worden sind, können auch auf Biofouling angewandt werden. Biofouling kann daher als ein Biofilm-Problem betrachtet werden. Mikroorganismen aus dem Rohwasser lagern sich auf der Membran an und bilden dort Schleimsubstanzen (extrazelluläre poly- mere Substanzen, „EPS“), in die sie sich einbetten. Dies ist ein natürlicher Prozeß, der praktisch in allen unsterilen wäßrigen Systemen abläuft. Für Membranprozesse bedeutet dies, daß durch den Biofilm eine Gel-Phase zwischen Membran und Wasserphase entsteht. Dieser wirkt dann als Sekundärmembran. Er verstärkt den transmembranen Druckabfall und kann die Konzentrationspolarisation begünstigen, weil der Querstrom nicht mehr die Membranoberfläche selbst, sondern die Biofilm-Oberfläche berührt. Durch seine rauhe Oberfläche und deren viscoelastischen Eigenschaften verursacht der Biofilm eine Erhöhung des Reibungswiderstandes. Biofouling führt daher sowohl zu einer Verringerung der Permeatleistung als auch zu einer Erhöhung der Salzpassage (durch Konzentrationspolarisation) und einer Erhöhung des tangentialen Druckgefälles (Feed-Brine). Bei der Reinstwasserherstellung ist zu beachten, daß Mikroorganismen auch auf der Permeatseite von Membranen gefunden wurden, obwohl die Membranen theoretisch impermeabel für Partikel sind. Solche „durchgebrochenen“ Keime können anschließend das Permeat kontaminieren und damit eine Qualitätsminderung bewirken.
Hans-Curt Flemming
1. Was ist Biofouling?
Zusammenfassung
„Biofouling“ ist ein Begriff, der ursprünglich aus der Wärmetauscher-Technik stammt. Dort bezeichnet man die unerwünschte Ablagerung von Stoffen aus der Wasserphase auf Oberflächen generell als „Fouling“ [61]. Man kann dabei verschiedene Arten des Fouling unterscheiden, je nach der Natur des abgelagerten Materials. Einige Arten des Fouling sind in Tabelle 1.1 zusammengestellt.
Hans-Curt Flemming
2. Auswirkungen von Biofouling
Zusammenfassung
Die Mikroorganismen sind auf der Membranoberfläche nicht als Deckschicht, sondern als Belag organisiert. Charakteristisch für eine Deckschicht ist, daß sie auf einer Konzentrationspolarisation beruht und abspülbar ist, während ein Belag hingegen eine eigene strukturelle Stabilität besitzt (Abb. 2.1 a und b).
Hans-Curt Flemming
3. Beispiele für Schadensfälle durch Biofouling
Zusammenfassung
Berichte über Probleme mit Biofouling in der Membrantechnologie kommen aus verschiedenen Bereichen, vor allem aus dem Bereich der Umkehrosmose, [58, 71, 73], z.B. aus der Reinstwasserproduktion [49, 79, 149, 197], der Nahrungsmittelindustrie [126, 153], der Meerwasser-Entsalzung [2, 9, 56, 121, 158, 149, 187, 273–275], aus Haushaltsanlagen [188] und aus der Abwasserreinigung [10, 202–210, 267].
Hans-Curt Flemming
4. Die Entwicklung von Biofilmen auf Membranen
Zusammenfassung
Wie bereits eingangs dargelegt, ist Biofouling ein Biofilm-Problem. Es läßt sich nur auf der Grundlage der Entwicklung von Biofilmen ausreichend verstehen, um gezielte und wirksame Gegenmaßnahmen ergreifen zu können. Biofilme sind heterogene Systeme. Drei physikalische Phasen sind an ihrer Entstehung beteiligt:
Das Medium (flüssige Phase); Variable: Temperatur, pH-Wert, gelöste organische und anorganische Stoffe, Oberflächenspannung, Viskosität, hydrodynamische Parameter (Scherströmungen, Druck).
Das SubStratum (feste Phase, Aufwuchsfläche); Variable: chemische Zusammensetzung, Hydrophobizität, Oberflächenspannung, Oberflächenladung, Rauhigkeit, Porosität, Besiedelbarkeit, d.h. „biologische Affinität.
Die Mikroorganismen (zunächst partikulär dispergiert, dann Gelphase bildend); Variable: Spezies, Zellzahl, Ernährungszustand, Hydrophobizität, Oberflächenladung, extrazelluläre polymere Substanzen (EPS), Wachstumsphase.
Hans-Curt Flemming
5. Bekämpfung von Biofouling
Zusammenfassung
Bei Maßnahmen gegen unerwünschte Biofilme und deren Auswirkungen ist es wichtig, systematisch vorzugehen, damit eine gute Wirkung erzielt wird und der Gebrauch umweltschädlicher Biozide so weit wie möglich verringert werden kann. Wenn ein System durch unerwünschte Biofilme befallen ist, dann stellen sich grundsätzlich vier Fragen:
1.
Wie lassen sich Biofilme und durch sie verursachte Schäden erkennen und nachweisen?
 
2.
Wie können sie beseitigt werden?
 
3.
Wie sind Biofilm-Wachstum und weitere Schäden zu verhindern?
 
Hans-Curt Flemming
Backmatter
Metadaten
Titel
Biofouling bei Membranprozessen
verfasst von
PD Dr. habil. Hans-Curt Flemming
Copyright-Jahr
1995
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN
978-3-642-79371-4
Print ISBN
978-3-642-79372-1
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-642-79371-4