Membranprozesse sind extrem empfindlich gegen Belagsbildung. Wenn solche Beläge aus Mikroorganismen bestehen, spricht man von Biofouling. Biofouling bewirkt eine Verringerung von Permeatleistung und -qualität sowie eine Erhöhung des Energiebedarfes bei Membranprozessen. In der Praxis gehört Biofouling zu den am wenigsten beherrschten Problemen. Heute wird es mit Bioziden bekämpft. Die Effektivität solcher Strategien ist häufig unzureichend, außerdem entsteht eine erhöhte Belastung des Abwassers. In diesem Buch werden detailliert die Vorgänge bei der Anheftung von Bakterien an Membranen…mehr
Membranprozesse sind extrem empfindlich gegen Belagsbildung. Wenn solche Beläge aus Mikroorganismen bestehen, spricht man von Biofouling. Biofouling bewirkt eine Verringerung von Permeatleistung und -qualität sowie eine Erhöhung des Energiebedarfes bei Membranprozessen. In der Praxis gehört Biofouling zu den am wenigsten beherrschten Problemen. Heute wird es mit Bioziden bekämpft. Die Effektivität solcher Strategien ist häufig unzureichend, außerdem entsteht eine erhöhte Belastung des Abwassers. In diesem Buch werden detailliert die Vorgänge bei der Anheftung von Bakterien an Membranen beschrieben, die Entwicklung von Biofilmen und die Untersuchungsmethoden vorgestellt, sowie der aktuelle Stand von Nachweis- und Monitoring-Verfahren, Gegenmaßnahmen und Vermeidungsstrategien. Es werden zukünftige Strategien skizziert, bei denen auf Biozide weitgehend verzichtet werden kann. Die Anforderungen der Praxis und die wissenschaftliche Forschung sind dabei miteinander verbunden worden.
Überblick.- 1 Was ist Biofouling?.- 1.1 Biofouling als Biofilm-Problem.- 1.2 Das Konzept der Toleranzschwelle.- 2 Auswirkungen von Biofouling.- 2.1 Erhöhter Membranwiderstand.- 2.2 Erhöhter Reibungswiderstand.- 2.3 Konzentrationspolarisation.- 2.4 Kosten.- 2.5 Mikrobieller Angriff.- 3 Beispiele für Schadensfälle durch Biofouling.- 3.1 Oberflächenwasser-Aufbereitungsanlagen.- 3.2 Biofouling in einer Reinstwasser-Anlage.- 3.3 Exkurs: Biofouling und die Keime im Rein-und Trinkwasser.- 3.3.1 Die Nährstoff-Frage.- 3.3.2 Trinkwasser.- 3.3.2.1 Pathogene und potentiell pathogene Bakterien in Biofilmen.- 3.3.2.2 Viren.- 3.3.2.3 Massenvermehrung von nicht-pathogenen Keimen auf Oberflächen.- 3.4 Biofouling bei Membranbehandlung von Sickerwasser.- 4 Die Entwicklung von Biofilmen auf Membranen.- 4.1 Induktionsphase.- 4.1.1 Conditioning film.- 4.1.2 Primäradhäsion.- 4.1.2.1 Hydrophobe Wechselwirkungen.- 4.1.2.2 Elektrostatische Wechselwirkungen.- 4.1.2.3 Wasserstoffbrückenbindungen.- 4.1.2.4 Rolle der extrazellulären polymeren Substanzen (EPS).- 4.1.2.5 Einfluß der Zellkonzentration im Wasser.- 4.2 Primärer Biofilm auf Membranen in dynamischen Systemen.- 4.2.1 Einfluß der Scherkräfte.- 4.2.2 Einfluß des Spacers bei der Membranbehandlung von Trinkwasser.- 4.2.3 Berechnung der Dicke des primären Biofilms.- 4.2.4 Rolle der Permeabilität des Biofilms.- 4.3 Biofilm-Bildung in einer RO-Testzelle.- 4.3.1 Versuche mit Trinkwasser als Rohwasser.- 4.3.2 Versuche mit hochbelasteten Wässern.- 4.3.2.1 Einfluß des Spacers bei der Membranbehandlung von Sickerwasser.- 4.3.2.2 Beitrag des Biofouling zum Gesamtfouling.- 5 Bekämpfung von Biofouling.- 5.1 Nachweis von Biofouling.- 5.1.1 Problematik der Probenahme.- 5.1.2 Analyse von Biofilmen.- 5.2 Beseitigung von Biofouling.- 5.2.1 Biozide.- 5.2.2 Reinigung von Membranen.- 5.2.3 Kombinierte Wirkung von Reiniger und Scherkraft.- 5.2.4 Erfolgskontrolle.- 5.3 Verhinderung von Biofouling.- 5.3.1 Das Biofouling-Potential.- 5.3.2 Vorbehandlung des Rohwassers.- 5.3.2.1 Biozid-Dosierung.- 5.3.2.2 Entferung der Mikroorganismen aus dem Rohwasser.- 5.3.2.3 Senkung der Nährstoffkonzentration im Rohwasser.- 5.3.2.4 Nährstofflimitierung und Biofouling bei Umkehrosmose-Membranen.- 5.3.2.5 Adhäsionshemmende Stoffe.- 5.3.3 Erhöhung der Fließgeschwindigkeiten.- 5.3.4 Erhöhung der Toleranzschwelle durch Zusatz von Stoffen, welche die Permeabilität von Biofilmen steigern.- 5.3.5 Modulkonstruktion.- 5.3.6 Membranmaterial.- 5.3.7 Technische Hygiene.- 5.4 Monitoring.- 6 Literaturverzeichnis.- 7 Sachverzeichnis.
Überblick.- 1 Was ist Biofouling?.- 1.1 Biofouling als Biofilm-Problem.- 1.2 Das Konzept der Toleranzschwelle.- 2 Auswirkungen von Biofouling.- 2.1 Erhöhter Membranwiderstand.- 2.2 Erhöhter Reibungswiderstand.- 2.3 Konzentrationspolarisation.- 2.4 Kosten.- 2.5 Mikrobieller Angriff.- 3 Beispiele für Schadensfälle durch Biofouling.- 3.1 Oberflächenwasser-Aufbereitungsanlagen.- 3.2 Biofouling in einer Reinstwasser-Anlage.- 3.3 Exkurs: Biofouling und die Keime im Rein-und Trinkwasser.- 3.3.1 Die Nährstoff-Frage.- 3.3.2 Trinkwasser.- 3.3.2.1 Pathogene und potentiell pathogene Bakterien in Biofilmen.- 3.3.2.2 Viren.- 3.3.2.3 Massenvermehrung von nicht-pathogenen Keimen auf Oberflächen.- 3.4 Biofouling bei Membranbehandlung von Sickerwasser.- 4 Die Entwicklung von Biofilmen auf Membranen.- 4.1 Induktionsphase.- 4.1.1 Conditioning film.- 4.1.2 Primäradhäsion.- 4.1.2.1 Hydrophobe Wechselwirkungen.- 4.1.2.2 Elektrostatische Wechselwirkungen.- 4.1.2.3 Wasserstoffbrückenbindungen.- 4.1.2.4 Rolle der extrazellulären polymeren Substanzen (EPS).- 4.1.2.5 Einfluß der Zellkonzentration im Wasser.- 4.2 Primärer Biofilm auf Membranen in dynamischen Systemen.- 4.2.1 Einfluß der Scherkräfte.- 4.2.2 Einfluß des Spacers bei der Membranbehandlung von Trinkwasser.- 4.2.3 Berechnung der Dicke des primären Biofilms.- 4.2.4 Rolle der Permeabilität des Biofilms.- 4.3 Biofilm-Bildung in einer RO-Testzelle.- 4.3.1 Versuche mit Trinkwasser als Rohwasser.- 4.3.2 Versuche mit hochbelasteten Wässern.- 4.3.2.1 Einfluß des Spacers bei der Membranbehandlung von Sickerwasser.- 4.3.2.2 Beitrag des Biofouling zum Gesamtfouling.- 5 Bekämpfung von Biofouling.- 5.1 Nachweis von Biofouling.- 5.1.1 Problematik der Probenahme.- 5.1.2 Analyse von Biofilmen.- 5.2 Beseitigung von Biofouling.- 5.2.1 Biozide.- 5.2.2 Reinigung von Membranen.- 5.2.3 Kombinierte Wirkung von Reiniger und Scherkraft.- 5.2.4 Erfolgskontrolle.- 5.3 Verhinderung von Biofouling.- 5.3.1 Das Biofouling-Potential.- 5.3.2 Vorbehandlung des Rohwassers.- 5.3.2.1 Biozid-Dosierung.- 5.3.2.2 Entferung der Mikroorganismen aus dem Rohwasser.- 5.3.2.3 Senkung der Nährstoffkonzentration im Rohwasser.- 5.3.2.4 Nährstofflimitierung und Biofouling bei Umkehrosmose-Membranen.- 5.3.2.5 Adhäsionshemmende Stoffe.- 5.3.3 Erhöhung der Fließgeschwindigkeiten.- 5.3.4 Erhöhung der Toleranzschwelle durch Zusatz von Stoffen, welche die Permeabilität von Biofilmen steigern.- 5.3.5 Modulkonstruktion.- 5.3.6 Membranmaterial.- 5.3.7 Technische Hygiene.- 5.4 Monitoring.- 6 Literaturverzeichnis.- 7 Sachverzeichnis.
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