Entsalzungsmembranen schützen vor Mineralien und Mikroben

Die Behandlung von Meerwasser mit ausgewählten Chemikalien vor der Entsalzung könnte Biofouling reduzieren und die Lebensdauer von Filtermembranen verlängern. Die Identifizierung der Bestandteile von Membran-Antikalkmitteln, die Biofouling verursachen, könnte dazu beitragen, die Meerwasserentsalzung zu einer nachhaltigeren Süßwasserquelle zu machen.

„Sicheres Trinkwasser ist ein Menschenrecht“, sagt die Umweltwissenschaftlerin Graciela Gonzalez-Gil, „doch rund 800 Millionen Menschen haben keinen Zugang.“ Die Vereinten Nationen schätzen, dass der Bedarf an Süßwasser bis 2030 das Angebot des natürlichen Wasserkreislaufs um bis zu 40 % übersteigen könnte.

„Meerwasserentsalzung – insbesondere durch Umkehrosmose (SWRO), bei der Meerwasser unter hohem Druck durch eine Membran gepresst wird, um Salz und Verunreinigungen zu entfernen – ist in trockenen Küstenländern zu einer weit verbreiteten, kostengünstigen Trinkwasserquelle geworden“, sagt Gonzalez-Gil’s Kollege und KAUST-Alumni Ratul Das, der jetzt als Leiter der Entsalzungsforschung und -entwicklung für das Energieunternehmen ACWA Power arbeitet, das über 16 Meerwasserentsalzungsanlagen in vier Ländern verfügt.

Allerdings ist SWRO energieintensiv und die verwendeten Membranen verursachen viel Abfall. Meerwasser wird typischerweise mit Antikalkmitteln vorbehandelt, um die Ablagerung von Salz auf den Membranen zu verhindern. „Die geringen Kosten dieser Chemikalien im Vergleich zu anderen Methoden tragen dazu bei, die Wasserpreise niedrig zu halten, was ihre Beliebtheit erklärt“, sagt Das. Viele von ihnen lösen jedoch Verschmutzungen aus, indem sie das mikrobielle Wachstum fördern.

„Entsalzungsbetreiber sind nicht vollständig darüber informiert, warum und in welchem ​​Ausmaß Antiscalants Biofouling verursachen“, sagt Gonzalez-Gil. „Die Messung des durch verschiedene Antiscalantien verursachten Bakterienwachstums und die Verknüpfung mit ihrer chemischen Zusammensetzung kann diesen Betreibern dabei helfen, Produkte mit minimalem Biofouling auszuwählen.“

Gonzalez-Gils Team stellte Fläschchen mit natürlichem Meerwasser mit einer geringen Ausgangskonzentration einheimischer Bakterien her. Sie gaben eines von acht gängigen Antiscalantien in einzelne Fläschchen, maßen das tägliche Bakterienwachstum und verglichen es mit dem Bakterienwachstum in Meerwasser ohne Antiscalant.

„Wir haben den Kohlenstoff-, Phosphor- und Stickstoffgehalt jedes Antiscalants gemessen und mithilfe der Kernspinresonanz einen detaillierteren chemischen Fingerabdruck erhalten“, sagt Gonzalez-Gil.

Das Team stellte fest, dass einige Antiscalants neben den Wirkstoffen noch andere Verbindungen enthielten. Eine bestimmte Verunreinigung – Orthophosphat – förderte eindeutig das Bakterienwachstum. „Überraschenderweise waren nicht alle Antikalkmittel auf Phosphanatbasis mit Orthophosphaten verunreinigt“, sagt Gonzalez-Gil, „wie beispielsweise HEDP (1-Hydroxyethyliden-(1,1-diphosphonsäure), das auch das einzige Antikalkmittel war, das keine Bakterien förderte.“ Wachstum.“

Die chemische Fingerabdrucktechnik des Teams könnte Herstellern dabei helfen, Antikalkmittel so anzupassen, dass sie weniger bakterienfördernde Verbindungen enthalten. „Durch die Reduzierung von Biofouling wird der Energiebedarf für SWRO sinken“, sagt Das. „Es wird die Kosten der Entsalzung senken und durch die Reduzierung der Treibhausgasemissionen zum Schutz des Planeten beitragen.“

Umkehrosmosemembranen werden derzeit trotz einer potenziellen Lebensdauer von 10 bis 15 Jahren alle drei bis fünf Jahre ausgetauscht. „Die Minimierung von Biofouling verlängert ihre Nutzungsdauer und verringert die Menge an Membranabfällen, die auf Deponien landen“, fügt Gonzales-Gil hinzu.

Das hofft, einen einfachen Low-Tech-Test für den Einsatz in Entsalzungsanlagen weltweit zu entwickeln. „Wir wollen ‚Black Boxes‘ in der Entsalzungsindustrie beseitigen und umweltfreundlichere Initiativen vorantreiben, die Auswirkungen auf Saudi-Arabien und die Welt haben“, fügt er hinzu.