2023-06-252023-06-25https://tore.tuhh.de/handle/11420/16502Problemstellung: Im Jahr 2020 haben etwa 30% der Weltbevölkerung keinen sicheren Zugang zu sauberem Trinkwasser. Die Gründe für die schlechte Trinkwasserversorgungssituation weltweit sind vielfältig. Unter anderem sind die Rohwässer durch geogene Kontaminationen (z.B. durch Arsen, Vanadium, Nickel) bzw. durch unzureichende Aufbereitung von Abwässern (z. B. pathogene Mikroorganismen) kontaminiert. Hohe Konzentrationen an Arsen in Grundwässern stellen für mehr als 300 Millionen Menschen in etwa 100 Ländern eine hohe Gesundheitsgefährdung dar. Ein weiterer Problemstoff der weltweiten Trinkwasserbereitstellung ist Chrom. Chrom liegt in Grundwässern weltweit geogen vor, wird aber auch durch industrielle Verunreinigung in das Grundwasser eingetragen. Arsen und Chrom gelten selbst in geringen Konzentrationen als potentiell krebserregend und liegen chemisch als negativ geladene Oxyanionen (HAsO42-, CrO42-) vor. Technologien für eine sichere Entfernung dieser Oxyanionen aus Rohwässern existieren zwar bereits, jedoch sind sie technisch aufwendig sowie energie- und kostenintensiv. Vorgehensweise: Projektziel ist es auf der Basis einer interdisziplinären Kooperation zwischen dem WWV und dem Institut für Polymerforschung des Helmholtz-Zentrums Geesthacht (HZG) eine neuartige funktionalisierte Polymer-Membran zur Aufbereitung der oben genannten Problemstoffe zu entwickeln. Mit der Ultrafiltrationsmembran (UF) soll zum einen mikrobiologisch sicheres Trinkwasser bereitgestellt und zum anderen gleichzeitig Oxyanionen durch Adsorption entfernt werden können. Das vorgeschlagenen Verfahren „Smart PAN-UF“ sieht ein einstufiges Aufbereitungssystem vor, welches bei niedrigen Betriebsdrücken (max. 0.3 bar Transmembrandruck) arbeitet und das einen vollständigen Partikelrückhalt durch ca. 10-30 nm große Membranporen gewährleistet. Das Membranmaterial soll hierbei durch chemische Behandlung mit entsprechenden Anionen-austauscher-Gruppen so modifiziert werden, dass die Oxyanionen selektiv an das Membranmaterial adsorbiert werden. Durch regelmäßiges Rückspülen der Membran sollen zum einen die partikuläre Deckschicht entfernt und zum anderen die Anionenaustauscher-Gruppen regeneriert werden.Situation: In 2020, 30% of the world population had no access to safe and clean drinking water supply. Some of the rreasons for this are microbiological pollution and the presence of arsenate and other heavy metals in raw water sources. High concentration of arsenate in ground water is a health problem for more than 300 million people in 100 countries in the world. Related to arsenate, chromate is another geogene pollutant that causes problems for the water supply of millions people worldwide. Both substances belong to the chemical group of the oxyanions (HAsO42-, CrO42-) and are highly carcinogenic and listed as most hazardous health issues by the WHO (World Heath Organization). Due the negative charge of this substances, ion exchange is a possible technology of the treatment of this raw water. However, this technology is technically complicated as well as cost and energy intensive. Methodology: Goal of this project is the development of a new ultrafiltration membrane which is capable of rejecting microbiological pollutants as well as remove oxyanions by adsorption onto the membrane material. For this, the Institute for Water Resources and Water Supply (TUHH) and the Institute for Polymer Research (HZG) will collaborate interdisciplinary to develop a functionalized polymer membrane. The novel membrane should be able to remove particular substances due its small pore size (10-30 nm) and operate at moderate pressures of max. 0.3 bar. The membrane will be modified with anion exchange groups to create a selective adsorption capacity for arsenate and chromate ions. Due to a periodic backwash, particular fouling will be removed and anion exchange groups will be regenerated. By this technology, only a single filtration is necessary to produce microbiologically safe and oxyanion-free drinking water.