In Asien und Nordamerika boomen seit einigen Jahren so genannte Membran-Bioreaktoren, die zwar deutlich teurer sind als herkömmliche Klärwerke, dafür aber wesentlich effizienter arbeiten. Denn das verschmutzte Wasser strömt durch eine Membran, deren Löcher so winzig sind, dass sogar Bakterien keine Chance zum Durchschlüpfen haben. Das europäische Großforschungsprojekt „Accelerate Membrane Development for Urban Sewage Purification“ (AMEDEUS) startet nun eine technologische Aufholjagd und möchte die Membran-Bioreaktoren vor allem preiswerter machen.
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Das Prinzip der Membran-Bioreaktoren (MBR) ist rasch erklärt: Durch winzige Löcher in Membranen strömt zwar das Wasser durch, nicht aber Verschmutzungen aus winzig kleinen Schwebstoffen. Diese Löcher halten mit einem Durchmesser zwischen 0,01 und 0,2 Mikrometern selbst Teilchen zurück, die weniger als den tausendstel Teil eines Millimeters messen. Bakterien und Schwebstoffe im Wasser liegen deutlich über dieser Grenze und haben daher keine Chance durchzuschlüpfen. Selbst kleinere Viren werden oft von den Membran-Bioreaktoren zurückgehalten, weil sie häufig auf Bakterien sitzen, die nicht durchschlüpfen können. Zumindest so gut wie herkömmliche Kläranlagen sind die Membran-Bioreaktoren, etliche Forscher sehen sogar bei ihnen einen Vorsprung.
Auch in Ballungsgebieten flexibel einsetzbar
Weil diese Technik aber ungefähr doppelt so viel kostet wie herkömmliche Kläranlagen, setzt sie sich hierzulande noch nicht durch. In schnell wachsenden Ballungsregionen und in abgelegenen Gebieten, in denen ein normales Klärwerk nur unter hohen Kosten errichtet werden kann, boomen aber diese Anlagen. Und während eine herkömmliche Kläranlage nur mit viel Aufwand ausgebaut werden kann, lässt sich ein Membran-Bioreaktor relativ rasch anpassen. „Sie lassen sich einfach flexibler einsetzen“, erklärt TU-Forscher Mathias Ernst.
Einen Haken hat die Technik aber durchaus: Auf den Membranen bildet sich oft rasch eine Deckschicht aus Schmutz und Mikroorganismen, die nach einiger Zeit die Poren verstopfen. „Fouling“ nennen die Forscher diesen Prozess. Wie dieses „Fouling“ verhindert oder verringert werden kann, versucht nun ein gemeinsames Forschungsprojekt der TU Berlin mit vier Firmen und der Universität von New South Wales in Australien heraus zu bekommen.
Gegenstrom reinigt Membran
Erneut scheint das Prinzip einfach: Nach einiger Zeit kehrt eine automatische Schaltung im Membran-Bioreaktor einfach den Wasserstrom für einen Moment um. Während normalerweise Abwasser durch die Membran strömt und Verunreinigungen zurückbleiben, strömt dann das gefilterte Wasser zurück und wäscht praktisch die Deckschicht ab – lange bevor sie die Poren ernsthaft verstopfen kann.
Wie so oft steckt die Ingenieursarbeit aber in den Details, die von den AMEDEUS-Forschern untersucht werden. Welche Membranen lassen solche Deckschichten am wenigsten entstehen? Wie sollte ein Membran-Bioreaktor gebaut und betrieben werden, damit „Fouling“ nicht zum Problem wird? Verändert sich das „Fouling“, wenn der Schlamm im Reaktor älter ist? Welchen Einfluss haben die Fließgeschwindigkeit und die Zusammensetzung des Abwassers auf das „Fouling“? Diese Fragen versuchen die Forscher gemeinsam zu klären.
Sensor misst verstopfenden Biofilm
Auf eine heiße Spur scheinen die TU-Ingenieure dabei vor allem bei den so genannten extrazellulären polymeren Substanzen (EPS) gestoßen zu sein. Das ist eine Art Schleim im Abwasser, in dem sich einzelne Bakterien aneinander heften und einen so genannten Biofilm bilden. Je mehr dieser Substanzen nun im Abwasser sind, um so mehr „Fouling“ reichert sich auf den Membranen an.
Genau da setzt das Team um Professor Martin Jekel vom Fachgebiet Wasserreinhaltung der TU Berlin an und entwickelt einen Sensor, der die EPS kontinuierlich messen kann. Professor Matthias Kraume und seine Mitarbeiter vom TU-Fachbereich Verfahrenstechnik wiederum bauen eine Versuchsanlage, in der Sensor und Anlagentechnik so gekoppelt werden, dass diese EPS unschädlich gemacht werden, bevor sie den Membran-Bioreaktor verstopfen können. Vielleicht bescheren solche Verbesserungen den Herstellern und Forschern europäischer MBR-Technologie ja doch noch einen Boom.
(Technische Universität Berlin, 18.08.2006 – AHE)
